南加州大学研发无线AI植入物，精准管理慢性疼痛无需药物

慢性疼痛是一种严重的健康问题，严重影响生活质量，通常会导致患者依赖镇痛药物，尤其是阿片类药物，后者具有严重的副作用和成瘾风险。根据美国疼痛基金会的数据，约有5160万美国人患有慢性疼痛，其中超过1700万人的疼痛高到影响日常活动。 当前的脊髓电刺激器通过刺激脊髓来阻挡痛感信号，但这些设备存在高成本、手术侵入性强以及需要频繁更换电池等问题。为此，南加州大学Viterbi工程学院周实验室的研究人员与加州大学洛杉矶分校陈俊团队合作，开发了一种全新的解决方法：一种柔性超声波诱导无线植入（UIWI）刺激器，该设备固定在脊柱上，旨在为慢性疼痛管理提供个性化和自适应的治疗。 这项革命性的设备被详细描述在《自然电子学》中，标志着疼痛治疗领域的重要进展。传统的脊髓刺激器体积庞大，且需要硬连接到电池，而新的UIWI刺激器设计灵活，能够随着患者的运动弯折和扭曲，同时它由外部佩戴的超声波发射器（WUT）供能，无需内置电池。更重要的是，该设备利用机器学习算法根据每位患者的具体情况进行定制化治疗。 周实验室的Qifa Zhou教授带领了该研究，他表示：“这种设备真正独特之处在于其无线、智能和自适应的疼痛管理能力，有可能取代传统药物治疗和电刺激方法，满足临床对疼痛缓解的需求。” 该设备的工作原理如下：首先，通过连续监测脑部记录（特别是脑电图信号）来检测患者的疼痛水平。然后，基于ResNet-18神经网络的高级机器学习模型分析这些信号，并将其分类为三种不同的疼痛级别：轻度、中度和重度疼痛。这一模型在区分不同疼痛状态方面取得了94.8%的整体准确性。最后，当识别出疼痛级别后，可穿戴超声波发射器会自动调整传输的声波能量，UIWI刺激器会感知这一能量并将其转换为电能强度，进而刺激脊髓。这形成一个闭环系统，提供实时、个性化的疼痛管理。 研究人员在啮齿动物模型中测试了UIWI刺激器，结果显示其对机械刺激（如针刺）和急性热刺激（如红外线加热）引起的慢性神经痛均有显著缓解效果。实验室测试显示，使用UIWI刺激器的治疗大大减少了疼痛指标。在一个实验中，啮齿动物表现出明显的偏好，更喜欢待在疼痛管理系统激活的环境中，这进一步证实了设备的有效性。 周教授和他的合作者们对未来的设计抱有更高期待，计划继续缩小设备的体积，使其植入过程更加微创，例如通过注射器植入。可穿戴超声波发射器也可能进化为不受束缚的小型设备，甚至是一个具备成像功能的超声波贴片阵列，实现实时监测和靶向刺激。未来的版本还可能通过智能手机软件控制，提供更加全面的个性化疼痛管理。 业内人士认为，这一创新代表了慢性疼痛治疗的重大突破。AI 和无线技术的结合不仅提高了治疗的精确性和个性化程度，还有望大幅降低医疗费用和手术风险。南加州大学周实验室在生物医学工程领域拥有深厚的研究基础，此次研发成果展示了其在先进医疗设备开发方面的领先地位。