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.
临床电刺激系统是日益常见的治疗选择 为了治疗多种医疗状况,例如心脏逆转表素, 起搏器,脊髓刺激器和深脑刺激剂。尽管他们 取得了巨大的成功,这些医疗设备的重大局限性是他们的有限 与磁共振成像(MRI)的兼容性,这是一种标准且广泛使用的 医学诊断工具。在进行MRI检查时的主要问题 具有导电植入物的患者是天线效应,它可能有可能 导致大量能量在组织中吸收,导致热有关 严重受伤。在此应用中,我们建议设计,开发和测试小说 超材料的技术生产MRI条件线索 植入电记录和刺激装置。创新的纳米级薄 - 电影超材料确实是唯一一项不占据任何不占据任何的MRI掩护技术 与其他RF Choking组件相比,“大脑”空间。我们将发展一个 植入体内的任何任意电刺激铅的一般框架 防止在3特斯拉MRI期间堆积诱导的电流并减少成像伪像。 此外,我们提出了基于 生物相容性的材料将是可拉伸的,并且可以符合最佳 生物相容性,安全性和性能。这些新颖的电极会很薄,并且 灵活的,可以以各种配置(即条带,网格和 各种组合)用于不同的应用。值得注意的是,电极将是MRI-SAFE 和CT无伪影,允许将电极位置完美地注册到大脑 解剖学。电极还允许颅内(深度和皮质)组合 具有fMRI成像的录音,导致对神经的了解更多 各个患者和神经科学知识的组织。 制定了完整的测试计划,其中包括电磁数值模拟 支持深度和ECOG Neuropace电极和台式的设计以及 大型动物测试对啮齿动物的功效验证和生物相容性。这个项目是 长期目标是开发电气刺激系统导致与3特斯拉兼容 MRI和其他外部射频来源,为患者带来重大好处 谁可能需要植入的刺激剂来治疗病理状况,例如心脏 心律不齐和帕金森氏病,癫痫和中风。

项目成果

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