目前，慢性疼痛影响着全球数百万人，据美国疾病控制和预防中心（CDC）预估，多达 8% 的美国人患有顽固性背痛，而非甾体类抗炎药（NSAID）或阿片类止痛药等常规治疗方法，对于这种背痛是无效的。

人们一直在探索缓解疼痛的方法，尽管当前已使用一些刺激脊髓的设备来治疗严重的疼痛，但其设备在使用过程中存在体积庞大、需侵入性手术等不便性，而通过锁孔设备治疗疼痛的效果也并不理想。因此，简单、无痛、有效地治疗和缓解疼痛的方法显得尤为迫切。

（来源：剑桥大学）

近期，剑桥大学的工程师和临床医生共同开发了一种微创桨式脊髓刺激（MI-SCS）设备，这是一种可治疗最严重疼痛的超薄充气的装置，并且不用进行侵入性手术。通过结合手术设备的临床有效性和锁孔设备的植入便利性，该设备可以成为治疗顽固性疼痛的有效、长期性解决方案。

剑桥大学工程博士、该论文的共同通讯作者克里斯托弗·普罗克特（Christopher Proctor）说：“我们的目标是制造出两全其美的设备——一种在临床上有效但不需要复杂和冒险手术的设备，或许它可以将这种治疗方式带给更多人，改变他们的生活。”

相关论文以《用于微创脊髓刺激的形状驱动电子设备》（Electronics with shape actuation for minimally invasive spinal cord stimulation）为题发表在 Science Advances 上[1]。

图丨相关论文（来源：Science Advances）

“为了最终得到可以用针头植入的东西，我们需要使设备尽可能薄一些。”剑桥大学工程系、该论文的共同第一作者本·伍丁顿（Ben Woodington）说。

该设备融合了软机器人制造技术、超薄电子设备和微流体技术。它的特点是超级薄，只有 60 微米，相当于人类头发丝的宽度。并且，它也足够柔软，可卷成圆柱体随针植入脊柱的硬膜外腔，再通过微流体通道，向外扩展以覆盖脊髓的广泛区域。

该装置在正确定位后，会用水或空气来充气，使其像微型气垫一样展开。然后，它与脉冲发生器连接成功，超薄电极便发送小电流至脊髓，进而破坏了疼痛的信号。

在此之前，腿部和背部、胸部的疼痛不能通过止痛药来缓解，而根据该团队对设备的早期测试，它能有效地治疗多种形式的严重疼痛。

一般来说，神经性疼痛的患者会将脊髓刺激术（SCS）作为治疗方法。但是，尽管 SCS 对治疗疼痛有效，但全球每年仅进行 5 万次手术，使用范围有限。

图丨MI-SCS 的设计和制造（来源：Science Advances）

临床上最有效的 SCS 装置是桨型装置，它覆盖脊髓的广泛区域，但体积庞大，而且用这种方法的前提条件是全身麻醉下的侵入性手术。另一种类型的设备只需要局部麻醉，并可随针头植入，但其覆盖面积小，从临床效果看非最佳选择。

剑桥大学临床神经科学系博士、该论文的共同通讯作者达米亚诺·巴罗内（Damiano Barone）对媒体表示：“对于那些疼痛严重到无法进行日常活动的人来说，脊髓刺激术是最后的治疗方法。然而，两种主要类型的 SCS 设备都存在缺陷，这可能是它们使用受限的原因之一。”

图丨MI-SCS 的体外评估（来源：Science Advances）

研究人员尝试利用多种制造技术来构建他们的设备：半导体行业中使用的柔性电子设备、用于药物输送的微小微流体通道、和用于软机器人的变形材料等。

伍丁顿表示，“我们的早期版本非常薄，但也正因为过于薄以至于 X 射线无法看到它们，外科医生需要在给设备充气之前，使用它来确认处于正确的位置。我们添加了一些铋颗粒，使其在不增加太多厚度的情况下可见。设计设备是一回事，但将其用于外科手术则是另一回事。”

该团队认为，该设备还可用于适应瘫痪或帕金森病的潜在治疗。但是，仍需要进行广泛的测试和临床试验后，才可以大规模地应用于相关患者。

目前，该团队已完成该设备在体外和人体模型的验证。他们正在与制造合作伙伴进一步开发和扩大他们的设备，并希望在两到三年内开始进行测试。

据介绍，这项技术已申请专利，有可能改变临床治疗，显着地改善许多人的疼痛管理，并惠及现有设备无法治疗的患者。

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