新型无线纳米技术微创神经调节系统管理的慢性疼痛综合征

文摘

慢性背痛报道瘟疫超过9000万的美国人,有一个很大的百分比造成被迫与上瘾管理他们的痛苦和危险的阿片类药物治疗作为他们唯一的长期治疗。脊髓刺激(SCS)已被证明是一个可靠的辅助治疗40多年协助疼痛管理的背部手术失败综合征(的边后卫),然而在波形限制,以防止塑性以及需要昂贵和高度侵袭性手术采用神经刺激有限。近期在纳米技术方面的进步使得微创程序方法,降低组织创伤的病人,并提供一个低成本的选择组合管理疼痛。无线神经调节利用纳米技术的发展为慢性疼痛的缓解多个试验和案例研究。微型刺激器通过经皮方法与微电子设备放置在目标神经和外由无线电力发电机控制病人的身体提供缓解疼痛的条件像慢性背痛二次失败的背部手术,面部疼痛,和带状疱疹神经痛。设备迁移发生在少数患者和保护装置现场主题进行进一步的细化。与纳米技术材料和设备无线控制有更好的效率,因为改善neural-electric接口(替换词更受欢迎,brain-machine-interface)。这些技术提供了微创,便宜,但改善效果更好的美容效果和安全配置文件。广泛应用的技术,然而,更多的病人需要进一步研究和结果评估指标。

关键字

神经调节、脊髓刺激周围神经刺激,无线缓解疼痛

介绍

脊髓刺激已经使用超过40年,证明提供治疗有效的缓解疼痛等慢性病的失败手术、区域疼痛综合征和神经痛。一些可测量的结果在血管疼痛分数,致残率和生活质量量表显示一致的改善与SCS背痛和腿痛患者(1- - - - - -3]。

结果后SCS疗法被证明有优越的结果比保守治疗患者的边后卫在几项研究[2,4)和SCS也被证明是更长期成本效益将在后续访问,减少诊断测试和整体的消费卫生保健设施(4,5]。同时,SCS历来不缺乏并发症和限制在传统的形式利用植入一个电池,由于病人已被证明失败的治疗和设备选择有历史悠久的严重不良事件主要是有关植入式脉冲发生器(IPG)电池单元(6,7]。据报道,很大比例的患者没有试用期利用传统SCS设备,与报道的结果高达50%的失败(6- - - - - -8),而额外的失败是由于设备迁移/骨折并发症造成的植入电极以及发电机充电(IPG)失败和并发症。术后的并发症,如感染、出血和疼痛的手术伤口保持固有的所有打开的外科手术。此外,SCS的传统形式无法达到一些解剖位置提供有针对性的治疗局部缓解疼痛(6,8- - - - - -12]。

介绍了一些进步在SCS设备在过去的几年里减少了不良事件,同时促进的功效形态从而增加适应症的应用程序(13]。经皮技术,小电池,充电电池,增加发电机的寿命和改善锚固方法是其中的一些进步。改进的一部分也来自纳米材料和技术的进步无线电力传输技术。

Nano-Electrodes神经调节和无线技术

传统SCS系统在导管电极外壳连接到电缆长延伸(s)连接电极的植入式脉冲发生器(IPG)放置在病人的身体和继承了并发症由于故障或任何这些组件的故障。一直持续的努力来减少大量的植入材料,提高系统的效率。的大小会减少电池寿命的挑战了传统能源的设置。因此这种SCS设备需要植入电极,体内扩展电缆和电池需要多个切口长段隧道皮肤下。

这个领域的发展是一种新的外部无线电力发电机(WPG)利用偶极天线电场耦合来完成“微波”这是非常短的脉冲长度电磁波吉赫兹频率(GHz)。这个设备(Stimwave),而不是更低的频率感应范围100 - 500千赫的大部分植入医疗设备,是由辐射电场耦合通过组织在微波频段,使小尺寸的植入可以放置明显深组织通过一根针。它还提供最小的功率损耗,因为更高的频率,并允许一个更好的能量转移到更小的植入物(14]。这一原则背后的频率与波长的变化被费曼指出长回来。“如果你建立一个相应的电路规模小,其固有频率上升,由于波长减小规模;但皮肤深度随规模比的平方根,所以电阻问题越来越困难。可能我们能打败阻力通过使用超导如果频率不太高,或由其他技巧15]。”

要求背根神经节(DRG)刺激相比要低得多,硬膜外SCS或肌肉刺激电流安培数和micro-implant WPG能够提供临床上适当刺激的范围800 - 1350μm直径的尺寸,明显微型尺寸相比传统SCS-IPG。这等于一个标准大小的领导机构,还包括纳电子学设备本身。它可以包含在不同的领导类型携带4或8联系人在经皮或桨型焊条和接收线位置和设备内部无线传输功率雷竞技网页版(图1)。

偶极天线接收器拦截高频微波电磁能量来自在体外产生振荡电场。GHz的频率范围内被发现更节能(16]。通常设备腔内的天线可以长2厘米到8厘米,可以修改根据适应症和深度植入的装置,因为EMF(电极磁场)能量消散在组织层(皮肤、脂肪、肌肉、血管和骨骼)。更深的位置,天线应该越长获得足够的电力。每个接触电雷竞技网页版极提供独立的权力,一个特定于应用程序的集成电路的一部分,随着嵌入式电路在设备使生产charge-balanced波形。这是由内化处理系统内的设备(图2)。重要的是要注意,自高频微波领域的安全不能激活细胞膜,因此神经组织损伤是不可能的。

无线电力发电机(WPG)

WPG雇佣标准手机技术,平均脉冲输出功率高达1瓦特,这取决于刺激参数,并根据目标组织的要求。一个射频(RF)发射机放置在WPG刺激波形编码信号根据程序设置。一个微处理器在这个发射机控制数据通信和设置(图3)。临床医生和患者沟通WPG通过控制器,使用蓝牙技术,也可以访问手机上的软件应用程序(应用程序)(14]。

讨论

无线SCS系统纳米技术临床应用已有SCS, DRG、pn在整个欧洲和美国数年和多个试验显示出令人鼓舞的结果。然而,这个系统的功能使其效用测试在各种慢性疼痛综合征。Poon等人证明了在生物媒体无线供电设备的工作频率是GHz范围而不是MHz可能有潜在的优势16,17]。在这个频率范围,减少后续的接收方已经证明泰勒派瑞等人的研究在深度关系的组织能源传输进一步阐述了(17,18]。泰勒派瑞等人在动物身上进行研究和验证的组织深度无线刺激能够实现有效电流密度(18]。

无线系统的偶极天线(915 MHz)可以激励刺激器植入12厘米的深度在猪模型中,特别是4.3厘米天线的效率。尽管这项研究参数在动物研究中,成功刺激观察提供显著缓解疼痛患者背部和腿部疼痛后的边后卫(19,20.),后疱疹的神经痛(21],耐火颅面疼痛[22和枕神经痛23]。这些患者需要植入的电极(s)只有当电池的无线电力发电机不包括外科植入体内。因此,没有广泛的手术相关并发症,多个切口和干预电池在这组患者WPG失败。因此减少了操作时间,耗材和增加安慰病人。

结论

传统SCS,由于其庞大的植入式设备,据报道有重大的并发症和失败,尽管这项技术已经被证明是有用的在长期的管理疼痛综合症。神经调节的微创程序旨在减少设备相关的不良事件,而症状救援提供适当的技术升级。处理一部分的前景改善病人的症状,而另一部分处理设备的技术改进。前者将考虑多个变量的目标刺激和无数的临床表现形式试图相互平衡。

后者显示显著的变化在过去的十年中由于改进的理解纳米技术和无线导航。提供更高的频率与WPG刺激,而不是更低的频率(100 - 500千赫),传统的感应范围内植入设备,使微型植入物,通过一根针被放置在组织,经皮,也提供最小的功率损耗和更好的能量转移到这些纳米材料植入物。Stimwave系统匹配这些发展改善临床结果和减少不良事件在他们的临床经验,到目前为止,但数量有限。进一步体验与病人和修改器会要求更大的患者群体与各种各样的研究仪器的测量结果。

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