ההבטחה המתפתחת של מכשירים סגורים-Loop Neural עבור Chronic Pain Management

כאב כרוני הוא אחד התנאים הבריאותיים המידרדרים והמבולשים ביותר בעולם, המשפיעים על 1.5 מיליארד אנשים שלא כמו כאב חריף, המשמש אות מגן, כאב כרוני נמשך חודשים או שנים, לעתים קרובות ללא סיבה ברורה לטיפולים פרדיגמטיים - כולל טיפולים עצביים בלתי סטרואידיים נגד דלקת ריאות, כאבים, נוגדי דיכאון, אנטי-אפילנטים, ופיזיים - כמו טיפול תרופתי יותר, כגון פגיעה קוגניטיבית ונזקים, יעיל יותר, כגון פגיעה קוגניטיבית, לחץ דם, כגון פגיעה קוגניטיבית, לחץ דם, לחץ דם, ואפקטיביים, ואפקטית, כמו גם נזק ממשי, יעיל יותר, כגון פגיעה קוגניטיבית, לחץ דם, יעיל יותר, 000.

מכשירים סגורים הם חלק ממגמה רחבה יותר ברפואה ביו-אלקטרוניקה – שדה המשתמש בדחפים חשמליים כדי לשנות את המעגלים העצביים של הגוף.על ידי מעקב מתמיד אחר פעילות עצבית והתאמה של פרמטרים גירוי בזמן אמת, מכשירים אלה יכולים להשיג רמה של דיוק ואישון בלתי אפשרי עם מערכות פתוחות חד-פעמיות קבועות. מאמר זה חוקר את הטכנולוגיה שמאחורי מכשירים עצביים סגורים, יישומים קליניים עכשוויים שלהם, תמיכה במהירות של אתגרים שדה פתוח ומהירות, ולפתח את האתגרים הללו.

מה הם מכשירים סגורים-Loop Neural?

מכשיר עצבי סגור הוא מערכת מותשת או עונדת שמקליטת אותות עצביים, מעבד אותם לזהות דפוסים הקשורים לכאב, ולאחר מכן מספק גירוי חשמלי כדי להפריע או לשנות את האותות האלה.הבחנה העיקרית של מערכות פתוחות-לופ - המספקים גירוי במרווחים מוקדמים או אטימות ללא קשר למצב הנוכחי של המטופל - היא שילוב של משוב בזמן אמת.

הארכיטקטורה הבסיסית של מכשיר עצבי סגור מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים:

  • (FLT:0) תיקון אלקטרודות אלקטרודות (FLT) 1:1 זה הגיוני אותות ביואלקטריים מן המוח, חוט השדרה, או עצבים היקפיים.אלה עשויים להיות מושתלים באופן אפידורלי או בלתי-נפירי, ויכולים לתעד את הפוטנציאלים המקומיים (LFPs), ספייקטים חד-מיניים, או לעורר פוטנציאלים.
  • (FLT:0) מעבד מוטבע מעבדים FLT:1 אשר מנתח את אותות המתועדים באמצעות אלגוריתמים כדי לחלץ תכונות מעידות על כאב - כגון כוח אוסטורי מסוים בלהקות תדר מסוימים (למשל, פעילות בטא או gamma), שיעורי ספייק או קוהרנטיות בין אזורי מוח.מעבדים מודרניים לעתים קרובות משלבים מודלים של למידת מכונה כדי להבחין בין מצבים עצביים הקשורים לכאב ממדינות נורמליות.
  • (FLT:0 stimulation CircleryFLT:1 המספק הדופק חשמלי דרך אותו אלקטרודות או בסמוך. פרמטרים ( ⁇ , הדופק, amplitude, מחזור החובה) מותאם באופן דינמי בהתבסס על הפלט של המעבד, יצירת לולאה משוב סגורה.

מערכות Closed-loop יכולות לפעול על מספר רחב של קשקשים של זמן.חלקן מתואמים פרמטרים לגירוי במשך דקות עד שעות, בעוד שאחרים יכולים לשנות בתוך מילימטרים כדי לעקוב אחר שינויים עצביים מהירים.המטרה הסופית היא להשיג מצב יציב שבו תפיסת הכאב מצטמצם ללא גרימת paresthesia, תפקוד מוטורי, או תופעות לוואי אחרות.

איך הם עובדים? – המכונאים הניאלים

העיקרון המבצעי של כאב חד פעמי מנוחה נוירומודולציה סגורה על היכולת לזהות חתימות עצביות של כאב ולאחר מכן לעורר התערבות חשמלית נגדית כאב. עיבוד כאב כרוך רשתות מורכבות המשתרעות על פני מערכת העצבים הפריפריה, חוט השדרה, המוח, thalamus, ואזורים קוטוריים (כגון cingulatesterior, ⁇ sula, ו somatosensory).

פעילות ניל

רוב המכשירים כאב סגור כיום להסתמך על הקלטות חשמליות מן חוט השדרה או המוח. in ספינל חוט גירוי (SCS), מוביל להציב את שיא החלל האפידורל עורר פוטנציאל פעולה מורכב (ECAPs) שנוצר על ידי סיבים חושיים עולה. ECAP amplitude ו latency יכול להצביע על מידת ההפעלה דורסלית, ועל ידי הרחבה, רמת הכאב עבור קוגניציה נמוכה ( ⁇ ) או ⁇ dicicicicicicial ( ⁇ ) מערכת ( ⁇ dicial) עם ⁇ dicial CPTD) מערכת ( ⁇ dicial CPTDicicial) עם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עיבוד אותות ו Classification

לאחר שנרשמו, אותות עצביים הם דיגיטציה ו preמעבדים להסרת חפצים (למשל, תנועה, פעילות לב וכלי דם, או גירוי עצמו) אלגוריתמים של הפקת תכונות לזהות פרמטרים רלוונטיים: כוח ספקטרלי, קוהרנטיות שלב, הפיכה חוצה- ⁇ , ודפוסי תזמון ספייקט.מכונות למידה מתאימות - כגון מכונות תמיכה וקטורות, יערות אקראיים או רשתות עצביות עמוקות - משמשים כדי להחליט אם המצב העצבי הנוכחי "לא" לא מתאים לפרוטוקולים" או "מערכת למידה" או "לדוגמא" או "מערכת גירוי" או" או" או "לדוגמא" או" (Dypertrated" (Dypertrated) יש צורך בפרמטרים" (Dyperi) של מערכת נתונים סטנדרטית" (Dybers) או "לדוגמא, או "לדוגמא," (Dyperi) של מערכת נתונים סטנדרטית" (Dybers) של מערכת נתונים סטנדרטית" (Dynagidial) או "מתאים אישית, לדוגמה, או "מתאים אישית, לדוגמה, לדוגמה," (Dyperi) של מערכת נתונים מסווגים) של טיפולית" (Dyperi) של טיפולית" (Dy

אספקת Stimulation

השלב הסופי כרוך ביישום של הדופק החשמלי לרקמות העצביות המיועדות. in Close-loop Spinal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal Cloal, למשל, המערכת עשויה לספק קידוד גבוה (1-10 kHz) או להפיץ תבניות גירוי אשר הוכחו כדי להתאים את האלגוריתם של המטופל באופן קבוע, אפילו שינויים חזותיים יעילים יותר.

סוגים של מכשירים סגורים-Loop Neural ויישומים שלהם

גישות סגורות נחקרו עבור מספר מטרות עצביות בטיפול בכאב כרוני:

Spinal Cord Stimulation (SCS)

SCS הוא הטיפול הנוירומודולציה הנפוץ ביותר לכאב נוירונופתי כרוני - במיוחד נכשל ניתוח תסמונת כאבי גב ותסמונת כאב אזורי מורכב.מערכות SCS סגורה מודרנית, כגון FLT:0Abbott ProclaimTM XR ו- Medtronic IntellisTMFLT:1, משלבת משוב על ECAP על בסיס תחזוקה אופטימלית של טורים דו-טראליים, בעוד שנמנעים מתופעות לוואי פתוחות פחות (מתאים) ואפקטים לא-ידי שימוש באפקטים (מתאים באופן משמעותי) בהשוואה לאפקטים מתקדמים יותר לטיפול ב-ידי גירויים) ואפקטים מתקדמים (מחדשניים) בהשוואה לאפקטים (מחדש) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מחדש) בהשוואה לאפקטים) בהשוואה לאפקטים) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מחדשניים (מסוגרים פתוחים) בהשוואה לאפקטים) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מחדש) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מחדש) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מחדשניים (מחדשניים (מחדש) בהשוואה לאפקטים פחות מניתוחים לא מספיק) בהשוואה לאפקטים מתקדמים (מסוגרים) בהשוואה לאפקטים לא-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי

Deep Brain Stimulation (DBS)

DBS הוא בדרך כלל שמור לכאב עמיד לטיפול, כגון זה הקשורים לכאבי גוף pantom, כאב נוירופתי משולש, או כאב פוסט-שבץ מרכזי.DBS מסורתי משתמש גירוי קבוע גבוה של כאב גוף periaqueductal אפור, thalamus, או קליפת כאב חודרת עמוק של מערכת DBS, כמו מדטרוניקה גבוהה של פעילות גופנית יכול לזהות באופן אוטומטי את חומר המוחשיה אפשרי.

Vagus Nerve Stimulation (VNS)

העצב של הוואגוס נושא מגוון רחב של מידע חושי למוח, כולל אותות כאב מאיברים פנימיים. מערכות VNS פולשניות או פולשניות מינימליות, כגון FLT:0SetPoint MedicalFLT 1 (מכשיר 1:1), נחקרים עבור מצבים דלקתיים כרוניים כגון דלקת מפרקים rheumatoid ו-Primalams.

המונחים: Peripheral Nerve Stimulation (PNS)

עבור כאב נוירופתי מקומי, גירוי של עצבים היקפיים בודדים (למשל, occipital, trigeminal, או עצבים tibial) מציעה אפשרות ממוקדת יותר.סגור-loop PNS מכשירים המשתמשים בפוטנציאלי פעולה עצביים מורכבים או שינויים אימפולסיביים כדי להנחות הם בשלב הניסוי הקליני המוקדם.מערכות אלה יכולות לאפשר לחולים לקבל הקלה רק כאשר הם זקוקים, צמצום צריכת וסוללה עצבית.

היתרונות של Closed-Loop Over Open-Loop

השינוי מ-Open- to Close-loop Neuromodulation מביא יתרונות רבים:

  • (FLT:0) ,התאמה: אנדרט 1 (ראה: ⁇ ) , החתימה העצבית של כל מטופל הוא ייחודי.מערכות סגורות לומדות דפוסים בודדים והסתגלות לגירוי לתכונות ספציפיות אלה, השגת תוצאות טובות יותר עם רמות גירוי נמוכות יותר.
  • (FLT:0) תוצאות צד: FLT:1ir על ידי מתן גירוי רק כאשר מצב כאב מזוהה, המערכת מצמצם חשיפה חשמלית מיותרת, צמצום הסיכון של נזק רקמות, paresthesia, ופיתוח סובלנות.
  • (FLT:0) אחריות בזמן אמת: אבולוציה 1: כאב יכול להשתנות עם פעילות, מתח, או זמן של יום.סגור-פרלופ להסתגל בזמן אמת, שמירה על הקלה בכאב יעיל ללא צורך התערבות המטופל או תכווט תכוף תכוף.
  • (FLT:0) ,Efficacy: למערכות הפתוחות של Open-loop מאבדות יעילות לאורך זמן בשל הסתגלות עצבית (החלפת מערכות סגורות) יכולות להדוף את ההרגל באמצעות פרמטרים שונים באופן דינמי, שמירה על דיכוי כאב במשך שנים.
  • (FLT:0) ניטור תזונתי: FLT:1, יכולות ההקלטה של מכשירים סגורים-פרלופ לספק לרופאים נתונים ארוכי טווח על פעילות עצבית ומצבי כאב, המאפשר אופטימיזציה לטיפול מונע נתונים וגילוי מוקדם של התקדמות המחלה.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה שלהם, מכשירים עצביים סגורים מתמודדים עם כמה מכשולים שיש להתגבר עליהם לפני שהם הופכים לסטנדרט של טיפול.

היפוצים הטכניים

מיניטורציה וצריכת חשמל נותרו אתגרים הנדסיים משמעותיים.מערכת סגורה חייבת לארוז חישה, עיבוד, והובלת אלקטרוניקה לתוך חבילה קטנה, מושתלת שפועלת במשך שנים על סוללה אחת.התפוגות חום וממשקים אלקטרודה יציבה אלקטרודה-טמה הם דאגות מתמשך יותר, האלגוריתמים חייבים להיות חזקים מספיק כדי לפעול באופן אמין בנוכחות רעש, חפץ, וצלילים לאורך זמן חיובי עלול לגרום לכאבים לא נחוצים, בעודם לא נחוצים, בעודם מזיקים עלולים שליליים עלולים לגרום לכאבים לא רצויים.

מורכבות ביולוגית

העצבי מתואם לכאב כרוני אינו סטטי; הם מתפתחים כאשר מערכת העצבים עוברת שינויים פלסטיים בתגובה לפציעה, גירוי או תרופות. מערכת סגורה-פרלופ אשר מאומנת על מצב הכאב הבסיסי של המטופל עלול להיות פחות יעיל כמו המעגלים הבסיסיים להתארגן מחדש. אלגוריתמים למידה רציפה כי אימון בזמן אמת יכול לטפל בזה, אבל הם מסכנים חוסר יציבות או מתאימים למצבים גמישים, בנוסף, כלומר, כאב אחד לא סביר לעיבוד יחידי עבודה.

שיקולים ובטיחות

מכשירים סגורים שתואמים באופן אוטונומי את הגירוי מעלה שאלות רגולטוריות חדשות.כיצד ניתן לאשר את המכשיר כאשר התנהגותו משתנה לאורך זמן? מינהל המזון והתרופות האמריקני וסוכנות התרופות האירופית החלו לפתח מסגרות למכשירים "אדפטיים", אך הנתיב לשוק נשאר מורכב.המכשירים – כגון גירוי או כשל בזיהוי כאב – עלול להיות בעל השלכות חמורות, כולל כאב מוגבר, פציעה נוירולוגית, או מנגנונים קליניים קשים.

נגישות ועלויות

מערכות השתלות סגורות הנוכחיות עולות עשרות אלפי דולרים, בתוספת דמי השתלת כירורגית. מדיניות Reimbursement משתנות באופן נרחב, ורבים מהחולים חסרי גישה למרכזי כאב מיוחדים המציעים טיפולים אלה.גם כאשר הם מכוסים, הצורך בתחליפי סוללות תקופתיים (כל 3-9 שנים) וביקורי תכנות מעקב מוסיפים עלות הכוללת.

שיקולים אתיים

התפתחות של מוח אינטגרטיבי וממשקי עצב גם מעלה שאלות אתיות.נושא חשוב אחד הוא (FLT:0autonomy ו- AgencyFLT:1; אם מכשיר שולט באופן אוטומטי בתפיסת הכאב של המטופל ללא קלט מודע שלהם, האם זה להפחית את תחושת השליטה על הגוף שלהם? חלק מהחולים עשויים מעדיפים להיות ידניים על יכולת להתגבר על יכולת או להשתמש במכשיר רק במהלך פרקים חמורים.

פרטיות נתונים היא דאגה נוספת.מערכות Closed-loop לייצר זרמים רצופים של נתונים עצביים שיכולים לחשוף מידע רגיש על מצב הרגשי של המטופל, רמות הלחץ, או אפילו פעילות קוגניטיבית.מבטיחים כי הנתונים האלה מוצפנים, מאוחסנים באופן מאובטח, ולא משותף עם צדדים שלישיים ללא הסכמה מפורשת הוא קריטי.יש גם פוטנציאל לשימוש "מבול" או שיפור יישומים - אנשים ללא כאב כרוני עלולים לסגורים עבור דגלים או שיפור קוגניטיבי, אשר יכול להעלות משאבים רפואיים.

לבסוף, ככל שהמכשירים הללו הופכים ליותר מתוחכם, קיים סיכון להחריף את אי-שוויון הבריאותי. טיפולים מתקדמים בעלות גבוהה עשויים להיות זמינים רק לחולים חסרי תועלת במדינות המפותחות, מה שגורם לרוב אוכלוסיית הכאב הכרוני העולמי ללא גישה.

מחקר וכיוונים עתידיים

תחום של מכשירים עצביים סגורים לכאב כרוני מתקדם במהירות.אזורי מחקר פעילים כוללים:

  • (FLT:0) אינטגרציה של בינה מלאכותית: ⁇ F1) מודלים למידה עמוקה יכול לחלץ תכונות עדינות יותר מהקלטות עצביות, שעלולות לזהות מצבי כאב לפני שהמטופל הופך מודע לכך.לדוגמה, רשתות עצביות מבוכות אשר מאומן על אותות ECoG השיגו יותר מ -90% דיוק ברמות המסתתתות במודלים של העברת בעלי חיים.
  • החוקרים מפתחים אלקטרודות פילים, אלקטרוניקה גמישה ואווירה אלחוטית: FLT:1 חוקרים מפתחים אלקטרודות פילים, אלקטרוניקה גמישה וסוללות שניתן לטעון באופן אלחוטי.אבק נילי - השתלים אולטרה-מין המופעלים על ידי אולטרסאונד - יכול בסופו של דבר לאפשר מאות צמתים לאורך מערכת העצבים.
  • (FLT:0)Combination Therapies:FLT:1 התקנים Closed-loop עשויים להיות יעילים ביותר כאשר יחד עם התערבות אחרת.לדוגמה, מכשיר יכול להפחית כאב לרמה שבה טיפול פיזי הופך להיות נסבל, המאפשר שיקום פונקציונלי. בדומה, שילוב נוירומודולציה עם טיפול התנהגותי קוגניטיבי יכול לטפל הן הרכיבים החושיים והן המשפיעים של כאב כרוני.
  • (FLT:0Home-based Closed-Loop Systems:BuildFLT:1) מכשירים אלה של SCS כבר בשימוש בבית, אבל חולים עדיין דורשים ביקורים קליניים תקופתיים עבור התאמות פרמטרים.הדור הבא של מכשירים יהיה כנראה לשלב אלגוריתמי למידה אוטונומיים הממזערים את הצורך התערבות רופא, הרחבת הגישה לאוכלוסיות כפריות או מוחלשות.
  • (FLT:0) פרקטיקה של תנאים ספציפיים: ההרחבה 1 (ניסויים קליניים) הם בדרך עבור נוירומודולציה סגורה ב פיברומיאלגיה, נוירופתיה סוכרתית כואבת, ומיגרנות. תוצאות מוקדמות מניסוי באמצעות גירעון סגור VNS עבור פיברומיאלגיה הראו ירידה של 35% בציון כאב לאחר שלושה חודשים, יחד עם שיפורים בעייפות ובאיכות השינה.

(ב) כמה משאבים חיצוניים מספקים מידע עדכני על התחום המהיר הזה.לסקירה מקיפה של עקרונות נוירומודולציה סגורים, ראה FLT:0 זה Nature Reviews NeuroscienceFLT:1 for information on Spec-approved Device, בקר ב-DNorton של ה-NLP: 2neuromodulation pageFOVAs: 3LTs.

מסקנה

התקנים עצביים סגורים מייצגים גישה טרנספורמטיבית לטיפול בכאב כרוני, המציעה את ההבטחה של טיפול מותאם אישית, הסתגלותי פולשני מינימלי שיכול להתפתח עם מצבו של המטופל.על ידי חישה מתמדת את החתימות העצביות של כאב ולספק גירוי ממוקד בדיוק רק כאשר יש צורך, מערכות אלה יכולות להשיג תוצאות טובות יותר עם פחות תופעות לוואי קונבנציונליות או מכשירים פתוחים, למרות אתגרים משמעותיים להישאר - מזעריים, אישורים של טיפול רפואי מוגבל, ומאובטחים לטווח קצר יותר של טיפול תרופתי, הוא מסוגל להגיע עם השפעה גבוהה של טיפול תרופתית של אבטחה, 000, 000, 000 אבטחה, 000 חזק יותר של טיפול רפואי חזק יותר של טיפול טכני, 000, 000, 000, 000, 000 חזק יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול, 000, 000 חזק יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול רפואי יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של טיפול יעיל של טיפול רפואי יעיל של טיפול, 000 כוח פתוח, 000 כוח אדם יעיל יותר של טיפול, 000, 000, 000 כוח אדם יעיל יותר של טיפול יעיל של טיפול, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח חוזר של טיפול, 000, 000 כוח אדם יעיל יותר של טיפול יעיל יותר של