中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）傳感器技術(shù)全國重點實驗室與哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院（哈醫(yī)大一院）神經(jīng)外科聯(lián)合，成功完成“基于植入式微電極陣列的腦深部腫瘤邊界精準定位”臨床試驗。這是全球范圍內(nèi)首次報道的腦機接口應(yīng)用于腦深部腫瘤術(shù)中邊界精準定位的臨床試驗，標(biāo)志著我國自主研發(fā)的植入式臨床腦機接口技術(shù)實現(xiàn)重要突破。

該技術(shù)為神經(jīng)外科提供實時、高精度的“病灶導(dǎo)航”，有望在精準切除腫瘤的同時最大程度保護健康腦組織，提升患者術(shù)后神經(jīng)功能保留率和生活質(zhì)量，具有重要的臨床推廣價值。

腦腫瘤邊界精準識別：臨床亟待突破的難題

神經(jīng)膠質(zhì)瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤等腦腫瘤具有發(fā)病率高、致死率高、復(fù)發(fā)率高的特點，因其浸潤性生長特性導(dǎo)致腫瘤組織與正常腦組織邊界模糊難辨。因此，精準定位病灶邊界對手術(shù)切除、放療規(guī)劃和預(yù)后評估至關(guān)重要。

哈醫(yī)大一院神經(jīng)外科主任史懷璋介紹，臨床常用的術(shù)前檢查（如 MRI、CT）雖能大致定位腫瘤位置，幫助定位病變及避開功能區(qū)，但無法反映手術(shù)中的動態(tài)變化（如腦組織移位），誤差可達5 ~ 20毫米，在腫瘤切除后期誤差更明顯；術(shù)中超聲、黃熒光導(dǎo)航等技術(shù)也難以實時、精準區(qū)分正常腦組織功能區(qū)與腫瘤組織；術(shù)中皮層腦電圖（ECoG）電生理監(jiān)測技術(shù)雖然分辨率為毫米級，檢測的是場電位信號，但尚無法達到單細胞水平精準識別，同時存在檢測的滯后性。因此，醫(yī)學(xué)界一直急需一種能在術(shù)中實時判讀、精準識別的技術(shù)。

為腦腫瘤手術(shù)裝上“精準導(dǎo)航”

由空天院與哈醫(yī)大一院聯(lián)合完成的臨床試驗，采用了空天院自主研發(fā)的臨床腦機接口微電極（NeuroDepth）和多層次調(diào)控與高通量神經(jīng)信號同步檢測儀（AIRCAS-128）。

圖為空天院腦機接口器件工藝制作現(xiàn)場。

其中，NeuroDepth臨床微電極主要基于微機電系統(tǒng)（MEMS）工藝和納米功能材料技術(shù)，為新型高時空分辨、多位點的腦機接口神經(jīng)探針，探針最長可達9.5厘米、厚度不超過0.2 毫米（約為1根頭發(fā)絲直徑）、寬度可根據(jù)臨床需要自主設(shè)計，空間分辨率達15微米，具有超長兼具高韌性與生物安全性，可在全腦任意位置實現(xiàn)單細胞水平電活動原位動態(tài)微損傷檢測，通過實時信號檢測與特征識別，高精度識別腫瘤邊界。AIRCAS-128神經(jīng)信號檢測儀相當(dāng)于“信號解碼器”，可以同步采集、分析海量神經(jīng)信號，將電極捕捉的原始信號轉(zhuǎn)化為精準的“病灶導(dǎo)航”，為腫瘤術(shù)中邊界判斷提供實時數(shù)據(jù)。

圖：空天院自主研發(fā)的NeuroDepth臨床微電極（a）32位點臨床硬質(zhì)微電極陣列；（b）13位點臨床硬質(zhì)微電極陣列；（c）16位點雙模柔性微電極陣列。

空天院特聘研究骨干、副研究員王蜜霞介紹，NeuroDepth臨床微電極實時捕捉單細胞水平的神經(jīng)活動信號，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個方面：一是探測范圍更廣，突破了傳統(tǒng)神經(jīng)電極僅能檢測腦表面和淺層的局限，可探測包含腦表面、淺腦與腦深部的全腦任意區(qū)域；二是定位精度更高，空間分辨率達15微米，能識別單個神經(jīng)細胞的活動，為腫瘤邊界判斷提供了“微觀尺度”的依據(jù)；三是信息維度更全，不僅能檢測神經(jīng)電信號，還能同步檢測化學(xué)信號（如多巴胺、谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)），為區(qū)分腫瘤組織與正常組織提供了更全面的依據(jù)。上述性能可為及時發(fā)現(xiàn)病灶、精準識別病灶邊界提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，從而用于確定腦腫瘤邊界、科學(xué)開展手術(shù)規(guī)劃，可在保護大腦運動、語言、認知等功能區(qū)的同時，精準切除惡性腫瘤。

圖為哈醫(yī)大一院神經(jīng)外科主任史懷璋在手術(shù)現(xiàn)場。

哈醫(yī)大一院神經(jīng)外科作為黑龍江省最大的神經(jīng)外科中心，在顱內(nèi)腫瘤、腦血管疾病、腦功能障礙性疾病方面有著豐富臨床經(jīng)驗和技術(shù)積累。史懷璋介紹：“本次臨床試驗針對一位膠質(zhì)瘤患者開展。該患者術(shù)前由于腦腫瘤壓迫，出現(xiàn)癲癇頻發(fā)的癥狀。我們結(jié)合影像數(shù)據(jù)，通過 NeuroDepth 臨床微電極實時反饋的單細胞水平神經(jīng)信號，成功精準識別腫瘤邊界，最終在最大程度保護功能區(qū)的同時，實現(xiàn)了腫瘤的完整切除。術(shù)后，患者癲癇未見發(fā)作，語言表達清晰流暢，生活質(zhì)量得到提高；同時，手術(shù)避免了新的神經(jīng)功能受損，為接下來的康復(fù)和后續(xù)治療打下了堅實基礎(chǔ)?！?/p>

他表示，NeuroDepth臨床微電極的應(yīng)用解決了術(shù)中動態(tài)識別的難題，有望重塑神經(jīng)外科術(shù)中導(dǎo)航與精準切除的技術(shù)范式，為推動腦機接口領(lǐng)域醫(yī)工融合與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了有力示范。

近二十年深耕植入式腦機接口空天院是國內(nèi)最早從事植入式腦機接口研究的科研力量之一。自2007年起，空天院研制出一系列硬質(zhì)/柔性植入式腦機接口神經(jīng)微電極陣列和儀器，在國際上首次實現(xiàn)從器件到系統(tǒng)的活體神經(jīng)細胞原位雙模同步、高通道、高時空分辨率檢測，為本次臨床試驗奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖為空天院自主研發(fā)的多層次調(diào)控與高通量神經(jīng)信號同步檢測儀（AIRCAS-128）。

中國科學(xué)院院士、空天院學(xué)術(shù)院長、傳感器技術(shù)全國重點實驗室學(xué)術(shù)委員會主任吳一戎指出，空天信息技術(shù)并非局限于傳統(tǒng)航空航天領(lǐng)域，在與微系統(tǒng)、醫(yī)工交叉融合的過程中，展現(xiàn)出強大的創(chuàng)新潛力，如高性能傳感器、智能感知與神經(jīng)接口等關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，正加速推進腦機接口等前沿技術(shù)的工程轉(zhuǎn)化與臨床落地。他表示，本次臨床試驗的成功落地是腦機接口技術(shù)走向臨床轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵一步，希望雙方團隊進一步深化合作，在技術(shù)迭代、臨床應(yīng)用拓展等方面持續(xù)發(fā)力，為保障人民生命健康、提升國家科技競爭力提供重要科技支撐。

后續(xù)，空天院與哈醫(yī)大一院將進一步拓展技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，計劃推進高精度腦機接口視聽覺功能重建，幫助失明、失聰患者實現(xiàn)視聽覺感知；推進血管介入腦機接口在卒中后康復(fù)、腦積水治療等領(lǐng)域的臨床應(yīng)用，助力偏癱患者完成運動功能。