Published March 1, 2024
| Version v1
Publication
Open
Machine learning-powered lead-free piezoelectric nanoparticle-based deep brain stimulation: A paradigm shift in Parkinson's disease diagnosis and evaluation
Creators
- 1. Delta University for Science and Technology
- 2. SASTRA University
- 3. Princess Nourah bint Abdulrahman University
Description
Lead-based deep brain stimulation (DBS) electrodes have been employed to treat Parkinson's disease (PD), but their limitations have led to the development of lead-free piezoelectric nanoparticle-based DBS (LF-PND-DBS). This novel approach utilizes non-invasive biocompatible piezoelectric nanoparticles to generate electrical stimulation, offering a promising alternative to traditional DBS. In this study, an innovative machine learning (ML)-optimized LF-PND-DBS system for diagnosing and evaluating PD is proposed. By leveraging ML algorithms, the optimized design of LF-PND electrodes and stimulation parameters is derived, ensuring precise and personalized treatment delivery. The ML-optimized LF-PND-DBS system was evaluated in a cohort of PD patients, demonstrating an exceptional diagnostic accuracy with a sensitivity of 99.1% and a specificity of 98.2%. It effectively assessed PD severity and response to DBS treatment, providing valuable guidance for treatment monitoring. The findings highlight the immense potential of the ML-optimized LF-PND-DBS system as a transformative tool for PD diagnosis and evaluation. This novel approach has the potential to enhance DBS efficacy, safety, and personalization, paving the way for improved patient outcomes and quality of life.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم استخدام أقطاب التحفيز العميق للدماغ القائمة على الرصاص (DBS) لعلاج مرض باركنسون (PD)، لكن قيودها أدت إلى تطوير DBS القائم على الجسيمات النانوية الكهربائية الإجهادية الخالية من الرصاص (LF - PND - DBS). يستخدم هذا النهج الجديد الجسيمات النانوية الكهربائية الإجهادية غير المتوافقة حيوياً لتوليد التحفيز الكهربائي، مما يوفر بديلاً واعداً لـ DBS التقليدي. في هذه الدراسة، تم اقتراح نظام LF - PND - DBS مبتكر للتعلم الآلي (ML) لتشخيص وتقييم مرض باركنسون. من خلال الاستفادة من خوارزميات ML، يتم اشتقاق التصميم الأمثل لأقطاب LF - PND ومعلمات التحفيز، مما يضمن تقديم العلاج الدقيق والشخصي. تم تقييم نظام LF - PND - DBS المحسن لـ ML في مجموعة من مرضى PD، مما يدل على دقة تشخيصية استثنائية بحساسية 99.1 ٪ وخصوصية 98.2 ٪. قام بتقييم فعالية شدة مرض باركنسون والاستجابة لعلاج DBS، مما يوفر إرشادات قيمة لمراقبة العلاج. تسلط النتائج الضوء على الإمكانات الهائلة لنظام LF - PND - DBS المحسن لتعلم الآلة كأداة تحويلية لتشخيص مرض باركنسون وتقييمه. هذا النهج الجديد لديه القدرة على تعزيز فعالية DBS والسلامة والتخصيص، مما يمهد الطريق لتحسين نتائج المرضى ونوعية الحياة.Translated Description (French)
Des électrodes de stimulation cérébrale profonde (SCP) à base de plomb ont été utilisées pour traiter la maladie de Parkinson (MP), mais leurs limites ont conduit au développement d'une SCP à base de nanoparticules piézoélectriques sans plomb (LF-PND-DBS). Cette nouvelle approche utilise des nanoparticules piézoélectriques biocompatibles non invasives pour générer une stimulation électrique, offrant une alternative prometteuse à la SCP traditionnelle. Dans cette étude, un système LF-PND-DBS innovant optimisé pour l'apprentissage automatique (ML) pour le diagnostic et l'évaluation de la MP est proposé. En tirant parti des algorithmes ML, la conception optimisée des électrodes LF-PND et des paramètres de stimulation est dérivée, garantissant une administration précise et personnalisée du traitement. Le système LF-PND-DBS optimisé pour le ML a été évalué dans une cohorte de patients atteints de MP, démontrant une précision diagnostique exceptionnelle avec une sensibilité de 99,1 % et une spécificité de 98,2 %. Il a efficacement évalué la gravité de la MP et la réponse au traitement de la SCP, fournissant des conseils précieux pour la surveillance du traitement. Les résultats mettent en évidence l'immense potentiel du système LF-PND-DBS optimisé pour le ML en tant qu'outil de transformation pour le diagnostic et l'évaluation de la MP. Cette nouvelle approche a le potentiel d'améliorer l'efficacité, la sécurité et la personnalisation de la SCP, ouvrant la voie à de meilleurs résultats pour les patients et à une meilleure qualité de vie.Translated Description (Spanish)
Se han empleado electrodos de estimulación cerebral profunda (ECP) a base de plomo para tratar la enfermedad de Parkinson (EP), pero sus limitaciones han llevado al desarrollo de ECP a base de nanopartículas piezoeléctricas sin plomo (LF-PND-DBS). Este novedoso enfoque utiliza nanopartículas piezoeléctricas biocompatibles no invasivas para generar estimulación eléctrica, ofreciendo una alternativa prometedora a la DBS tradicional. En este estudio, se propone un innovador sistema LF-PND-DBS optimizado para el aprendizaje automático (ML) para diagnosticar y evaluar la EP. Al aprovechar los algoritmos de ML, se deriva el diseño optimizado de los electrodos LF-PND y los parámetros de estimulación, lo que garantiza una administración de tratamiento precisa y personalizada. El sistema LF-PND-DBS optimizado para ML se evaluó en una cohorte de pacientes con EP, demostrando una precisión diagnóstica excepcional con una sensibilidad del 99,1% y una especificidad del 98,2%. Evaluó de manera efectiva la gravedad de la EP y la respuesta al tratamiento con DBS, proporcionando una guía valiosa para el monitoreo del tratamiento. Los hallazgos resaltan el inmenso potencial del sistema LF-PND-DBS optimizado para ML como una herramienta transformadora para el diagnóstico y la evaluación de la EP. Este novedoso enfoque tiene el potencial de mejorar la eficacia, la seguridad y la personalización de la DBS, allanando el camino para mejorar los resultados y la calidad de vida de los pacientes.Files
035040_1_5.0194094.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعلم الآلي - التحفيز العميق للدماغ القائم على الجسيمات النانوية الكهربائية الإجهادية الخالية من الرصاص: نقلة نوعية في تشخيص مرض باركنسون وتقييمه
- Translated title (French)
- Stimulation cérébrale profonde à base de nanoparticules piézoélectriques sans plomb alimentée par l'apprentissage automatique : un changement de paradigme dans le diagnostic et l'évaluation de la maladie de Parkinson
- Translated title (Spanish)
- Estimulación cerebral profunda basada en nanopartículas piezoeléctricas sin plomo impulsada por aprendizaje automático: un cambio de paradigma en el diagnóstico y la evaluación de la enfermedad de Parkinson
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392949636
- DOI
- 10.1063/5.0194094
References
- https://openalex.org/W1829183563
- https://openalex.org/W2262412919
- https://openalex.org/W2912123407
- https://openalex.org/W2964618399
- https://openalex.org/W2998441475
- https://openalex.org/W3008594216
- https://openalex.org/W3033085681
- https://openalex.org/W3048772070
- https://openalex.org/W3107060429
- https://openalex.org/W3110411213
- https://openalex.org/W3169282631
- https://openalex.org/W3181202522
- https://openalex.org/W3186336512
- https://openalex.org/W3192812714
- https://openalex.org/W3201535691
- https://openalex.org/W4221036961
- https://openalex.org/W4224278107
- https://openalex.org/W4283025523
- https://openalex.org/W4288421317
- https://openalex.org/W4292962482
- https://openalex.org/W4302363634
- https://openalex.org/W4302763498
- https://openalex.org/W4304080610
- https://openalex.org/W4307987752
- https://openalex.org/W4310597207
- https://openalex.org/W4310782884
- https://openalex.org/W4313570465
- https://openalex.org/W4313830062
- https://openalex.org/W4385566619
- https://openalex.org/W4386273669
- https://openalex.org/W4386408249
- https://openalex.org/W4388281977
- https://openalex.org/W4388407334
- https://openalex.org/W4388795395