GaN微型顯示器可以徹底改變神經(jīng)外科手術(shù)

一種基于在 Qromis 的 QST 基板上生長的氮化鎵的新設(shè)備已被設(shè)計(jì)出來，旨在為神經(jīng)外科醫(yī)生提供關(guān)鍵的術(shù)中數(shù)據(jù)，以改善決策。這種先進(jìn)的薄膜將電極網(wǎng)格與發(fā)光二極管 (LED) 結(jié)合在一起，以在手術(shù)過程中實(shí)時(shí)顯示和跟蹤大腦活動(dòng)。這對(duì)于確保安全切除腫瘤和癲癇組織等腦部缺陷非常重要。

柔性微顯示器

術(shù)中腦部映射仍然是神經(jīng)外科的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。當(dāng)前的技術(shù)通常需要單獨(dú)的團(tuán)隊(duì)和設(shè)備，限制了功能性腦區(qū)的實(shí)時(shí)可視化。這需要使用較大的切除邊緣，可能會(huì)犧牲健康組織并損害患者的治療效果。

本研究提出了一種旨在解決這些局限性的新型微型顯示器。該設(shè)備由一個(gè)薄膜組成，薄膜內(nèi)含有鉑納米棒電極網(wǎng)格 (PtNRGrid)，用于高分辨率神經(jīng)活動(dòng)記錄，并配有用于實(shí)時(shí)可視化的 GaN LED 陣列。

與現(xiàn)有方法相比，微顯示器有幾個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

· 提高精度：神經(jīng)活動(dòng)的實(shí)時(shí)可視化可以更精確地定位手術(shù)干預(yù)，最大限度地減少對(duì)健康組織的損害。

· 詳細(xì)的功能映射：PtNRGrid 的高分辨率記錄功能使外科醫(yī)生能夠區(qū)分關(guān)鍵和非關(guān)鍵大腦區(qū)域，從而可能減少對(duì)大切除邊緣的需求。

· 癲癇管理：該設(shè)備不僅可以跟蹤正在進(jìn)行的活動(dòng)，還可以識(shí)別癲癇發(fā)作的開始和蔓延，從而促進(jìn)有針對(duì)性的干預(yù)策略。

潛在益處

微型顯示器對(duì)于改善各種腦外科手術(shù)的患者治療效果具有重要意義：

· 降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：提高映射精度可最大限度地降低損害健康組織的風(fēng)險(xiǎn)，從而可能縮短恢復(fù)時(shí)間并減少并發(fā)癥。

· 改善手術(shù)結(jié)果：通過提供更清晰的大腦功能圖像，微型顯示器可以帶來更多的手術(shù)成功率并提高患者的生活質(zhì)量。

· 先進(jìn)的癲癇治療：準(zhǔn)確定位癲癇發(fā)作的來源可以帶來更有效的治療選擇，并有可能實(shí)現(xiàn)癲癇發(fā)作的控制。

技術(shù)進(jìn)步

微型顯示器的開發(fā)標(biāo)志著技術(shù)的重大進(jìn)步。它采用了以出色的亮度和效率而聞名的 GaN LED，與傳統(tǒng)選項(xiàng)相比，可減少熱量產(chǎn)生和潛在的組織損傷。該設(shè)備還采用 PtNRGrid 技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率神經(jīng)活動(dòng)記錄。其靈活的設(shè)計(jì)使其能夠貼合大腦的復(fù)雜表面，使其適用于各種外科手術(shù)應(yīng)用。這些創(chuàng)新的結(jié)合有望為醫(yī)療技術(shù)帶來重大好處。

Dayeh 和他的團(tuán)隊(duì)率先采用了一種技術(shù)，利用 GaN 制造出高效 LED，這種 LED 可以保持低溫，對(duì)腦組織安全。他們?cè)谄教沟?Qromis 基板上培育這種材料，從而將 LED 嵌入柔性薄膜中，制成可彎曲的顯示面板。然后使用噴墨打印技術(shù)涂抹量子點(diǎn)墨水，將 LED 藍(lán)光轉(zhuǎn)換成各種顏色，有助于更豐富地可視化神經(jīng)活動(dòng)。

Qromis 首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Vlad Odnoblyudov 在接受 Power Electronics News 采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)的重要性。

“作為 QROMIS，我們非常高興能夠利用我們的高性能、照明級(jí)和可擴(kuò)展的 GaN-on-QST® LED 外延晶片為開創(chuàng)性的顱內(nèi)腦電圖 (iEEG) 微型顯示器技術(shù)做出貢獻(xiàn)，這些晶片具有氮化銦鎵 (InGaN) 量子阱，可作為在此類晶片上制造低成本 μLED 陣列的基礎(chǔ)。我們一直與加州大學(xué)圣地亞哥分校的 Shadi Dayeh 教授及其團(tuán)隊(duì)密切合作，共同開發(fā)這項(xiàng)突破性技術(shù)。我們堅(jiān)信，iEEG 微型顯示器有潛力改善腦活動(dòng)映射，以用于基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)以及神經(jīng)外科實(shí)踐，”O(jiān)dnoblyudov 說道。

他補(bǔ)充道：“這項(xiàng)尖端研究的成功結(jié)果再次驗(yàn)證了(1)性能規(guī)模、(2)應(yīng)用規(guī)模和(3)基于 GaN 的功率/射頻電子、μLED/高級(jí)顯示器和其他新興應(yīng)用在 CMOS 工廠友好型、低成本和可擴(kuò)展的 QST® 襯底制造平臺(tái)上的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，即通過 QST® 釋放 GaN 的全部潛力。由于我們與 Dayeh 教授完全一致，這不是我們第一次也不會(huì)是最后一次與加州大學(xué)圣地亞哥分校團(tuán)隊(duì)以及我們?cè)?QST® 平臺(tái)上的其他行業(yè)/學(xué)術(shù)合作伙伴一起開展開創(chuàng)性的工作?！?

這些基于 GaN 的微型 LED 比有機(jī) LED 更亮、更節(jié)能，即使在強(qiáng)烈的手術(shù)照明下也具有出色的可視性。這些微型顯示器薄至數(shù)十微米，可通過多個(gè)通道高速捕捉大腦活動(dòng)，并在手術(shù)過程中實(shí)時(shí)顯示。該設(shè)備包含多達(dá) 2,048 個(gè) LED，包括采集電子設(shè)備和軟件，可直接從其表面分析大腦活動(dòng)。

未來方向

目前正在進(jìn)行研究以進(jìn)一步增強(qiáng)微顯示器的功能：

· 更高分辨率的顯示器：LED 密度更高的微型顯示器的開發(fā)正在進(jìn)行中，可以提供更細(xì)粒度的大腦映射。

· 可折疊設(shè)計(jì)：人們正在探索制造可折疊微型顯示器，以便外科醫(yī)生在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行手術(shù)的同時(shí)監(jiān)測另一個(gè)區(qū)域。

· 最小的電氣干擾：研究團(tuán)隊(duì)正在解決 LED 和記錄電極之間的電氣干擾這一小問題。

柔性微型顯示器是腦外科手術(shù)的革命性工具。通過提供神經(jīng)活動(dòng)的實(shí)時(shí)可視化，該設(shè)備有可能顯著提高手術(shù)精度和患者治療效果。進(jìn)一步的研究和開發(fā)有望使這項(xiàng)變革性技術(shù)取得更大進(jìn)步。