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神经工程学

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MRI兼容电极用于神经探针的使用

22 Nov 2019 Tami Freeman.
两个电极类型
铂(左)和玻璃碳(右)微电极用于深脑刺激。 (礼貌:SDSU)

深脑刺激(DBS) - 其中植入大脑中的电极向控制运动的区域发送电信号 - 越来越多地用于治疗帕金森等运动障碍的症状’S病,必需震颤或肌肌瘤。它也用于癫痫,并正在调查作为创伤性脑损伤,成瘾,痴呆,抑郁和其他几种情况的潜在治疗。

植入电极的患者经常经历脑MRI,例如引导电极放置,研究DBS结果或评估植入相关的异常。 DBS电极通常由薄膜铂或氧化铱制成。然而,这种基于金属基电极受MR扫描仪的磁场的影响,并且可以引起图像伪影,移动或振动,甚至产生热量。

解决这些问题,圣地亚哥州立大学(SDSU.)工程师创造了一种玻璃碳微电极,而不是金属版。与研究人员合作工作 Karlsruhe工学院,他们现在已经表明,新电极对MRI扫描没有反应,使其成为DBS的更安全选项(microSyst。南风。 10.1038 / s41378-019-0106-x)。

“我们的实验室测试表明,与金属电极不同,玻璃碳电极不会被MRI磁化,因此赢得了’t刺激患者’s brain,”解释第一作者 泗水Nimbalkar..

玻璃碳电极,在SDSU的2017年首次开发,设计用于在大脑中持续更长时间而不会恶化。研究人员以前证明,虽然金属电极在100万次电脉冲循环后降低,但玻璃碳材料在35亿周期中存活。另一个好处是玻璃碳电极可以从大脑读取化学和电信号。

“It’s应该嵌入一生,但问题是金属电极降解,所以我们’一直在看如何让它持续一生,” says senior author 山姆kassegne.. “固有地,碳薄膜材料是均匀的,因此表面具有很少的缺陷表面。铂金具有金属颗粒,成为易受腐蚀的弱点。 ”

在他们最新的研究中,Kassegne和同事制造了由支撑在聚合物基材上的玻璃碳和薄膜铂微电极制成的探针。它们将探针置于脑组织模拟琼脂糖幻影中并使用临床MRI序列在3T MRI扫描仪中成像。

Sam Kassegne and Surabhi Nimbalkar

研究人员发现,由于它们的磁性敏感性低,导电性较低,与铂微电极相比,玻璃状微电极几乎没有易感性移位伪影,并且没有涡流引起的伪距。在高场(11.7吨)磁体中的测试表现出类似的发现。

该团队还使用了在套件时开发的新型仪器,精确地测量1.5 T MRI期间电极中的梯度诱导的振动。铂和玻璃状碳微电极样品均具有低于检测极限的振动幅度(与非导电PMMA板上无法区分)。

然而,理论分析表明,虽然铂微电极处于检测限,但玻璃状微电极具有大约40倍的较弱反应。该团队还注意到梯度诱导的振动尺度与植入半径有四个,因此对于较大的电极,玻璃碳的较小导量将是有利的。

最后,为了检查两个微电极类型中的诱导电流,研究人员制造在硅晶片上支撑的玻璃碳和铂环电极。用1Ω电阻测量的诱导电流表明玻璃碳中的感应电流比铂样品中的至少少10个。

研究人员得出结论,玻纤维碳微电极对标准薄膜铂微电极的高级MR兼容性,经历了没有相当大的振动幅度,最小诱导的电流并产生几乎没有图像伪影。虽然他们在本研究中没有检查RF诱导的加热时,玻璃碳微电极缺乏RF诱导的涡流(大源加热源)表明它们在这方面也将优于铂。

随着实验室测试完成,Kassegne’S临床合作者现在将在患者中测试玻璃碳电极,而Nimbalkar和Kassegne计划测试不同形式的碳,以用于未来电极。

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