由约翰霍普金斯大学生物医学工程师和神经外科医生组成的一个团队从美国国防高级研究计划局获得了1348万美元的资金，用于开发可植入的超声波和其他设备，这些设备将彻底改变对脊髓损伤患者的护理。这一结果将使每年成千上万的美国服役人员和脊髓受伤的平民受益。
电子设备将一个小的规模和灵活性创可贴和将使用高分辨率的超声技术,以及小型电极,帮助医生监测和治疗血流量的变化,防止组织死亡后立即发生创伤性脊髓损伤。
研究项目,由美国国防部高级研究计划局的桥接程序的差距,将从变的临床专业知识和聪明才智,神经外科和生物医学工程教授尼古拉斯•西奥多·阿米尔Manbachi,神经外科助理教授,生物医学工程,将设备从概念到人类使用在一个雄心勃勃的五年时间。
该团队还包括外部合作者，如约翰霍普金斯大学应用物理实验室、哥伦比亚大学和声学概念公司，以及约翰霍普金斯大学内部的各个部门，包括神经外科、神经学、生物医学工程、放射学、麻醉学和危重护理部门。约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的伯曼生物伦理研究所的专家也参与其中。
生物医学工程助理教授Joshua Doloff和生物医学工程教授Nitish Thakor是两名霍普金斯大学的合作研究者，支持Manbachi在该奖项上的工程成果。助理教授珍妮弗·森和贾瓦德·阿扎迪正在与生物医学工程师和神经外科医生合作，以突破目前超声波探测的极限。
“很少有地方密切关注工程方法如何改善脊髓损伤的治疗。他在美国海军当了10多年的神经外科医生，治疗脊髓损伤的士兵和水手。约翰·霍普金斯大学世界一流的生物医学工程师与内科医生和外科医生密切合作，解决传统上被认为是不可能的问题。
尽管该小组的主要任务是开发可用于军事前线服役人员的设备，但研究人员的目标是让这项技术惠及美国每年约1.7万名脊髓损伤的平民。
“使一种设备在战场上可用的主要因素是它的大小和在低资源设置下的易于应用，这两方面也只能改善我们的临床方法，”Theodore说。
该项目的策略是针对伴随脊髓损伤而出现的血液流动中断。利用超声和电子技术对脊髓损伤部位的血管和组织进行成像和刺激，并控制脊髓液动力学，可优化氧气和营养物质的输送。这种方法可以防止脊髓的额外损伤，而脊髓损伤会导致炎症加重、疼痛和瘫痪恶化。
“能从一开始就把损害降到最低的治疗方法非常少。例如，增加病人的血压;然而，我们仍然需要实时了解身体对这些治疗的反应，”Manbachi说。“四年前，当西奥多博士第一次向我描述这一挑战时，作为一名声学工程师，我立刻想到用超声波作为监测和刺激这些受损组织的工具。”
为了实现这一目标，这些电子设备将使用超声波“脉冲回声”
2，类似于用于导航的雷达潜艇60312以及电刺激，以监测和治疗脊髓损伤部位和周围的微小血管和周围组织。
“这将是一个真正的工程壮举，”Manbachi说。典型的超声波换能器体积庞大，用于收集较大结构的图像。我们想利用这项技术，缩小它用于小指大小的结构，同时仍能捕捉脊髓微血管的清晰超声波图像。”
Doloff专攻免疫工程和再生医学，他将协助开发可植入超声设备系统的包装，考虑到组织和免疫生物相容性。他的团队还将帮助评估植入后的伤口愈合和组织反应。Thakor专长于神经工程、成像和医疗设备，他将协助建立动物模型，并将致力于刺激神经组织和促进受伤区域的血液流动。
来自该团队设备的图像将允许临床医生观察血液如何流向受伤部位。这可以给他们提供有价值的信息，了解有多少氧气、营养物质和药物正在到达该地区。这些数据将使医生能够实时对病人的病情做出反应，通过使用药物、可能的电刺激或超声波刺激来改善血流、停止炎症、缓解疼痛，以及神经保护疗法来阻止受损组织的损伤。
这些可植入设备产生的声波也可以用于刺激该区域的愈合。Manbachi说:“从理论上讲，类似于通过放大镜聚焦太阳射线，该设备的治疗性声波也可以聚焦于促进受伤部位的血液流动，从而促进愈合。”
用五年时间将一种全新的技术引入动物研究、FDA监管机构的批准以及人体试验，这将推动创新步伐的极限，否则可能需要几十年的时间。
“这是一个非同寻常的团队努力，汇集了最聪明的工程师和神经外科医生来解决这个问题，”西奥多说。“世界上很少有地方能够把我们拥有的资源集中到这个项目上。”
研究小组希望这项初步技术能在实验和临床中用于治疗急性脊髓损伤。然而，研究人员的最终目标是开发更先进的版本，适用于慢性脊髓损伤患者。
“这项研究将导致治疗诊断和干预的可植入系统领域的进一步发展，”Doloff说。“我们希望这种平台技术在未来也能应用于其他医疗应用。”
约翰霍普金斯大学怀廷工程学院(Johns Hopkins Whiting School of Engineering)负责研究的副院长拉里?
“约翰霍普金斯大学的世界级研究和技术提供了巨大的机会，通过与学术、工业和政府伙伴的合作研究努力，为公共卫生作出贡献，”Nagahara说。“与DARPA建立牢固的关系对WSE和约翰霍普金斯大学来说是至关重要的。”
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