Metamaterials Implants for Magnetic Resonance Imaging

用于磁共振成像的超材料植入物

基本信息

  • 批准号:
    10668469
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 69.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-20 至 2027-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Clinical electrical stimulation systems are increasingly common therapeutic options to treat a broad range of medical conditions, such as cardioverter-defibrillators, pacemakers, spinal cord stimulators, and deep brain stimulators. Despite their remarkable success, a significant limitation of these medical devices is their limited compatibility with magnetic resonance imaging (MRI), a standard and widely used diagnostic tool in medicine. A primary concern when performing MRI examinations in patients with electrically conductive implants is the antenna effect, which can potentially cause a large amount of energy to be absorbed in the tissue, leading to heat-related severe injury. In this application, we propose designing, developing, and testing a novel metamaterials technology to produce MRI conditional leads that could be used in implanted electrical recording and stimulation devices. The innovative nanoscale thin- film metamaterial is truly the only MRI cloaking technology that does not occupy any "brain" space compared to additional RF-choking components. We will develop a general framework for any arbitrary electrical stimulation lead implanted in the body to prevent a build-up of induced currents and reduce imaging artifacts during a 3 Tesla MRI. Furthermore, we propose novel electrocorticography (ECoG) electrodes based on biocompatible materials that will be stretchable, and conformable for optimal biocompatibility, safety, and performance. These novel electrodes will be thin and flexible and can be created in a wide range of configurations (i.e., strips, grids, and various combinations) for different applications. Notably, the electrodes will be MRI-safe and CT artifact-free, allowing for perfect registration of the electrode location to the brain anatomy. The electrodes also permit the combination of intracranial (depth and cortical) recordings with fMRI imaging, leading to a greater understanding of the neural organization in both individual patients and for neuroscientific knowledge. A complete test plan is in place that includes electromagnetic numerical simulation to support the design of both depth and ECoG Neuropace electrodes and bench-top and large animal testing for efficacy validation and biocompatibility on rodents. This project's long-term goal is to develop electrical stimulation system leads compatible with 3 Tesla MRI and other external radiofrequency sources, providing significant benefits to patients who may require implanted stimulators to treat pathological conditions such as heart arrhythmias and Parkinson's disease, epilepsy, and stroke.
临床电刺激系统成为越来越常见的治疗选择 治疗多种医疗状况,例如心脏复律除颤器, 起搏器、脊髓刺激器和深部脑刺激器。尽管他们的 取得了巨大的成功,但这些医疗设备的一个重大限制是它们的局限性 与广泛使用的标准磁共振成像 (MRI) 兼容 医学诊断工具。在进行 MRI 检查时首要关注的问题是 植入导电植入物的患者可能会受到天线效应的影响 导致大量能量被组织吸收,导致热相关 重伤。在此应用中,我们建议设计、开发和测试一种新颖的 超材料技术可产生 MRI 条件引线,可用于 植入电记录和刺激装置。创新的纳米级薄 薄膜超材料确实是唯一一种不占用任何空间的 MRI 隐形技术。 与额外的射频抑制组件相比,“大脑”空间。我们将开发一个 任何植入体内的任意电刺激导线的总体框架 防止 3 特斯拉 MRI 期间感应电流的积累并减少成像伪影。 此外,我们提出了基于 具有生物相容性的材料,可拉伸且舒适,以达到最佳效果 生物相容性、安全性和性能。这些新颖的电极将很薄并且 灵活,可以以多种配置(即带状、网格状和 各种组合)用于不同的应用。值得注意的是,电极将是 MRI 安全的 无 CT 伪影,可将电极位置完美记录到大脑 解剖学。电极还允许颅内(深度和皮质)的组合 功能磁共振成像记录,可以更好地了解神经 组织个体患者和神经科学知识。 完整的测试计划已经到位,其中包括电磁数值模拟 支持深度和 ECoG Neuropace 电极以及台式和 大型动物测试,以验证啮齿动物的功效和生物相容性。这个项目的 长期目标是开发与3特斯拉兼容的电刺激系统引线 MRI 和其他外部射频源,为患者带来显着益处 可能需要植入刺激器来治疗心脏病等病理状况的人 心律失常和帕金森病、癫痫和中风。

项目成果

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