Large-area MRI-compatible epidermal electronic interfaces for prosthetic control and cognitive monitoring

计算机科学 生物医学工程 磁共振成像 脑电图 可穿戴计算机 接口(物质) 脑-机接口 医学 神经科学 嵌入式系统 工程类 生物 放射科 最大气泡压力法 气泡 并行计算
作者
Limei Tian,Benjamin Zimmerman,Aadeel Akhtar,Ki Jun Yu,Matthew Moore,Jian Wu,Ryan J. Larsen,Jung Woo Lee,Jinghua Li,Yuhao Liu,Brian Metzger,Subing Qu,Xiaogang Guo,Kyle E. Mathewson,Jonathan A. Fan,Jesse Cornman,Michael Fatina,Zhaoqian Xie,Yinji Ma,Jue Zhang,Yihui Zhang,Florin Dolcos,Monica Fabiani,Gabriele Gratton,Timothy Bretl,Levi J. Hargrove,Paul V. Braun,Yonggang Huang,John A. Rogers
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:3 (3): 194-205 被引量:322
标识
DOI:10.1038/s41551-019-0347-x
摘要

Skin-interfaced medical devices are critically important for diagnosing disease, monitoring physiological health and establishing control interfaces with prosthetics, computer systems and wearable robotic devices. Skin-like epidermal electronic technologies can support these use cases in soft and ultrathin materials that conformally interface with the skin in a manner that is mechanically and thermally imperceptible. Nevertheless, schemes so far have limited the overall sizes of these devices to less than a few square centimetres. Here, we present materials, device structures, handling and mounting methods, and manufacturing approaches that enable epidermal electronic interfaces that are orders of magnitude larger than previously realized. As a proof-of-concept, we demonstrate devices for electrophysiological recordings that enable coverage of the full scalp and the full circumference of the forearm. Filamentary conductive architectures in open-network designs minimize radio frequency-induced eddy currents, forming the basis for structural and functional compatibility with magnetic resonance imaging. We demonstrate the use of the large-area interfaces for the multifunctional control of a transhumeral prosthesis by patients who have undergone targeted muscle-reinnervation surgery, in long-term electroencephalography, and in simultaneous electroencephalography and structural and functional magnetic resonance imaging.
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