USC的新AI植入物承诺可以免毒缓解慢性疼痛

电流可植入的电刺激剂通过刺激脊髓来阻止疼痛信号到达大脑。但是这些设备具有高成本，侵入性手术以及频繁更换电池的需求等缺点。现在，来自USC Viterbi的Zhou Lab的研究人员与UCLA的Jun Chen集团合作开发了一种革命性的解决方案：灵活的超声无线植入（UIWI）刺激剂，可用于脊柱，并为个性化的，为个性化的，自我辅助，自我辅助的痛苦管理。

这种开创性的设备，详细介绍自然电子，代表疼痛疗法的重大飞跃。虽然当前的脊髓刺激器可能很笨拙，并且与电池有力连接，但新设备的设计旨在弯曲和扭曲，并由可穿戴的超声发射机供电，而无需电池。它还利用机器学习算法来自定义每个患者的治疗方法。这项工作由Zohrab A. Kaprielian工程Qifa Zhou研究员领导，他还是USC凯克医学院的眼科教授。

减轻需求的疼痛：可植入刺激器的工作方式

这项创新的核心是其无线电源，消除了对通常需要重复手术的笨重电池和复杂的有线接口的需求。UIWI刺激器从外部，可穿戴的超声发射器（WUT）接收能量。超声提供了一种安全，有效的非侵入性方法，用于深度组织渗透。该设备通过称为压电效应的现象将机械波转换为电信号。UIWI刺激器的核心是由甲酸钛酸铅（PZT）制成的微型压电元件，这是一种高效的材料，用于将传入的超声能量转化为刺激所需的电力。

周说：“真正设置该设备的是它的无线，智能和自适应能力，可用于疼痛管理。”“我们认为，它具有替代药理方案和常规电刺激方法的巨大潜力，与减轻疼痛的临床需求保持一致。”

博士Zhou Lab的候选人和首席作者Yushun（Sean）Zeng说，无线智能微型刺激器具有通过使用超声波能量产生足够的电刺激强度的能力，从而导致更具个性化，有针对性的治疗方法。

Zeng说：“这种能量转换类型对于深层刺激至关重要，因为超声是临床和医疗区域中无创和高度穿透能量的。”“通过利用无线超声波传输和闭环反馈系统，该UIWI刺激器可以消除笨重的植入电池的必要性，并允许实时，可调节的疼痛调节。”

“从临床角度来看，结合了深度学习的疼痛评估可以动态解释和对波动疼痛状态的反应，这对于适应患者特定的变异性至关重要。”添加了周实验室博士候选人Chen Gong，也是报纸上的主要作者。

该设备的工作原理：

检测疼痛：该系统不断监视脑记录，特别是脑电图（EEG）信号，反映了患者的疼痛水平。利用AI评估疼痛水平：基于称为RESNET-18的神经网络的复杂机器学习模型分析这些大脑信号，并将疼痛分为三个不同的水平：轻微的疼痛，中度疼痛和极端疼痛。该AI模型在区分这些疼痛状态方面具有94.8％的总体准确性。根据需要进行适应处理：一旦确定了疼痛水平，可穿戴超声发射器会自动调节其发射的声能。然后，UIWI刺激器可以感知传播的能量并将其转换为电强度，从而刺激脊髓。这创建了一个闭环系统，可提供实时的个性化疼痛管理。UIWI刺激器本身是柔性，可弯曲且可扭曲的，可以在脊髓上放置。它提供给脊髓的电刺激是通过重新平衡传递和抑制疼痛的信号，从而有效抑制疼痛感觉的信号。

周在实验室中取得了成功，周实验室团队在啮齿动物模型中测试了UIWI刺激器，结果证明了其对疼痛管理的有效性。

研究人员成功缓解了由机械刺激（如销钉）和急性热刺激（红外热）引起的慢性神经性疼痛。

实验室测试表明，UIWI刺激剂的治疗导致疼痛指标大大减少。在一项实验以评估动物是否将环境与疼痛相关联的实验中，啮齿动物对激活疼痛管理系统的腔室表现出明显的偏爱，进一步证实了该设备的有效性。

个性化疼痛缓解的未来

UIWI刺激器的成功开发和测试标志着寻求高级疼痛管理的关键时刻。植入物的灵活设计及其与复杂的AI算法的整合提供了一种动态和个性化的治疗方法，可以适应慢性疼痛的波动和高度个性化的性质。

展望未来，Zhou和他的合作者希望设备的更高级应用程序。周说，未来的设计可能会进一步将组件进行小型化，从而减少侵入性装置的植入 - 例如，使用注射器。可穿戴的超声发射器也可以演变为不受限制的微型设备，甚至可以穿着可穿戴的超声阵列贴片，可能将成像功能与能量传递结合在一起，以实时监测和靶向刺激。未来的迭代也可以由智能手机软件控制，提供更强大的个性化疼痛管理。

周说，该设备的目的是改变慢性疼痛管理，超越了当前解决方案的局限性，以提供真正的个性化，聪明且有效的疼痛缓解途径。

Zeng说：“我们的发现突出了超声植入电子产品在临床和转化慢性疼痛管理中的潜力。”