新型MRI兼容电极对患者深部脑刺激更安全
想象一下，在你的大脑中植入一个电极，手术过程中需要在你的头骨上钻孔来植入电极。现在想象一下，在进行MRI扫描进行医学评估时，金属电极可能会对磁场产生反应并振动，产生热量，甚至可能损伤大脑。
这是病人需要的现实深部脑刺激可能面临。
现在，11月18日发表的一项研究《自然》微系统与纳米工程描述了由圣地亚哥州立大学的工程师与德国KIT的研究人员合作开发的一项有希望的程序改进。圣地亚哥州立大学的研究团队创造了一种玻璃碳电极作为金属电极的替代品，新的研究结果表明，它对核磁共振扫描不产生反应，使其更安全。
2017年，圣地亚哥州立大学研究员Sam Kassegne的MEMS实验室首次开发了碳版本，旨在在大脑中持续更长时间而不被腐蚀或变质，并发射和接收更强的信号。在2018年,研究人员表明虽然金属电极在1亿次电脉冲循环后会退化，但玻璃碳材料却存活了35亿次循环。
深部脑刺激——植入大脑的电极产生控制异常运动的电脉冲——正越来越多地用于那些对药物无反应的运动障碍患者，如帕金森病、震颤和肌肉收缩不受控制的肌张力障碍患者。
它也被考虑用于创伤性脑损伤、成瘾、痴呆、抑郁症和其他疾病，因此潜在的应用是巨大的。
到目前为止，电极是由薄膜铂或氧化铱制成的。但是这种金属电极会产生热量，通过产生亮点来阻挡被研究大脑实际区域的视野，从而干扰核磁共振成像图像，并且在患者接受扫描时可能被磁化并移动或振动，引起不适。
碳被证明更安全
“我们的实验室测试表明，不像金属电极第一作者、博士候选人Surabhi Nimbalkar说:“这种玻璃碳电极不会被MRI磁化，所以它不会刺激患者的大脑。”
此外，它可以读取来自大脑的化学信号和电信号，而金属电极只能读取电信号，因此碳材料是多模态的，并且与MRI兼容。
SDSU机械工程资深作者兼教授Kassegne说:“它应该可以嵌入一生，但问题是金属电极会降解，所以我们一直在研究如何让它持续一生。”“本质上，碳薄膜材料是均匀的，或者是一个连续的材料，所以它的表面很少有缺陷。铂金的金属颗粒成为了易腐蚀的弱点。”
KIT的合作者开发了一种新颖的工具可以在核磁共振成像中精确测量振动。与圣地亚哥州立大学团队合作，他们能够直接在核磁共振扫描仪中测试这种新型碳电极，并确认它是一种更安全、更好的替代品。
“我很高兴看到我们的振动测量仪器能够实现这种全新的真实电极基准测试，这有助于风险分析，”该论文的联合第一作者Erwin Fuhrer说，他最近完成了KIT的博士学位。
Fuhrer专注于MRI安全测试的硬件开发和应用。这一合作首次实现了对不同相互作用的广泛电极测试。
“我们的模拟结果支持了我们的实验结果，并对所涉及的过程提供了更多的见解，”科文克实验室的博士生佩德罗·席尔瓦(Pedro Silva)说。
跨学科合作
Kassegne拥有电极制造工艺的专利，在他的实验室里研究薄膜碳已经超过10年了，但当华盛顿大学和麻省理工学院的合作者向他寻求在微纳米制造技术方面的专业知识时，他开始参与为神经系统应用定制薄膜碳。
这三家机构都是国家科学基金会资助的神经技术中心的一部分，研究帮助大脑和脊髓愈合和从损伤中恢复的工程新方法。
由Jan Korvink领导的KIT微型MRI小组致力于大脑的MRI技术，特别是MRI显微镜，这是分析这些小电极的高分辨率细节行为的重要前提条件。卡塞涅和科文克在一次会议上会面，决定在这个项目上合作。
“发明方法让核磁共振机器看到更多大脑细节是我们的关键任务，”论文的联合高级作者Korvink说。
Nimbalkar是Kassegne实验室的博士生，他有两项正在申请的专利，他专注于设计和制造与MRI过程兼容的电极。她与圣地亚哥州立大学核磁共振中心主任马蒂·塞利诺(Marty Sereno)合作测试这种碳材料。
塞利诺说:“我们使用不同的成像序列技术扫描了电极，发现玻璃碳引起的图像失真要小得多。”“金属会干扰磁场，从而导致扭曲，但碳纤维的感应电流较少磁场所以它不会对电极本身施加任何力，这是一个优势，因为它嵌入在软组织中大脑．"
实验室测试完成后，Kassegne在临床方面的合作者将对碳进行测试电极而Nimbalkar和Kassegne则致力于测试不同形式的碳用于未来的电极。
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