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- 頭發(fā)絲厚度國產(chǎn)微電極助力腦深部腫瘤手術(shù)
- 來源： 中國科學(xué)報(bào) 高雅麗 發(fā)表于 2025/9/4
“患者術(shù)前由于腦腫瘤壓迫，出現(xiàn)癲癇頻發(fā)的癥狀。術(shù)后，患者癲癇未見發(fā)作，語言表達(dá)清晰流暢，生活質(zhì)量得到提高；同時(shí)，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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)�！�
在介紹全球范圍內(nèi)首次報(bào)道的腦機(jī)接口應(yīng)用于腦深部腫瘤術(shù)中邊界精準(zhǔn)定位的臨床試驗(yàn)時(shí)，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院（以下簡稱哈醫(yī)大一院）神經(jīng)外科主任醫(yī)師史懷璋如是說。而讓這場“精準(zhǔn)手術(shù)”成為可能的，是一枚厚度僅一根頭發(fā)絲粗的國產(chǎn)植入式微電極。
近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡稱空天院）傳感器技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與哈醫(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(zhǔn)定位”臨床試驗(yàn)，為神經(jīng)外科提供實(shí)時(shí)、高精度的“病灶導(dǎo)航”，有望在精準(zhǔn)切除腫瘤的同時(shí)最大程度保護(hù)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(jià)值。
急需腦腫瘤邊界精準(zhǔn)識別技術(shù)
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(diǎn)，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(zhǔn)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。
史懷璋介紹，臨床常用的磁共振成像、計(jì)算機(jī)斷層掃描等術(shù)前檢查，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)中諸如腦組織移位等動(dòng)態(tài)變化，誤差可達(dá)5~20毫米，在腫瘤切除后期誤差更為明顯。術(shù)中超聲、黃熒光導(dǎo)航等技術(shù)也難以實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)區(qū)分正常腦組織功能區(qū)與腫瘤組織。
“此外，術(shù)中皮層腦電圖電生理監(jiān)測技術(shù)雖然分辨率為毫米級，但檢測的是場電位信號，無法實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平精準(zhǔn)識別，同時(shí)檢測存在滯后性。因此，醫(yī)學(xué)界急需一種能在術(shù)中實(shí)時(shí)判讀、精準(zhǔn)識別的技術(shù)。”史懷璋說。
為腦腫瘤手術(shù)裝上“精準(zhǔn)導(dǎo)航”
破解臨床難題的關(guān)鍵力量，來自在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的空天信息技術(shù)，尤其是應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)。
“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，它展現(xiàn)出強(qiáng)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(jìn)腦機(jī)接口等前沿技術(shù)的工程轉(zhuǎn)化與臨床落地。本次臨床試驗(yàn)的成功落地，是腦機(jī)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�！敝袊茖W(xué)院院士、空天院學(xué)術(shù)院長吳一戎表示。
空天院是國內(nèi)最早從事植入式腦機(jī)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(jī)接口神經(jīng)微電極陣列和儀器，在國際上首次實(shí)現(xiàn)從器件到系統(tǒng)的活體神經(jīng)細(xì)胞原位雙模同步、高通道、高時(shí)空分辨率檢測，為此次臨床試驗(yàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
此次由空天院與哈醫(yī)大一院聯(lián)合完成的臨床試驗(yàn)，采用了空天院自主研發(fā)的臨床腦機(jī)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）。
空天院副研究員王蜜霞介紹，NeuroDepth主要基于微機(jī)電系統(tǒng)工藝和納米功能材料技術(shù)，為新型高時(shí)空分辨、多位點(diǎn)的腦機(jī)接口神經(jīng)探針，探針最長可達(dá)9.5厘米，厚度不超過0.2毫米、約為1根頭發(fā)絲直徑。
同時(shí)，其寬度可根據(jù)臨床需要自主設(shè)計(jì)，空間分辨率達(dá)15微米，兼具高韌性與生物安全性，可在全腦任意位置實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平電活動(dòng)原位動(dòng)態(tài)微損傷檢測，通過實(shí)時(shí)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(zhǔn)的“病灶導(dǎo)航”，為腫瘤切除術(shù)中邊界判斷提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
王蜜霞表示，NeuroDepth實(shí)時(shí)捕捉單細(xì)胞水平的神經(jīng)活動(dòng)信號，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在3個(gè)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、淺腦與腦深部在內(nèi)的全腦任意區(qū)域；二是定位精度更高，空間分辨率達(dá)15微米，能識別單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，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，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(shí)發(fā)現(xiàn)病灶、精準(zhǔn)識別病灶邊界提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，可用于確定腦腫瘤邊界、科學(xué)開展手術(shù)規(guī)劃，在保護(hù)大腦運(yùn)動(dòng)、語言、認(rèn)知等功能區(qū)的同時(shí)，精準(zhǔn)切除惡性腫瘤�！蓖趺巯颊f。
臨床成效顯著
此次臨床試驗(yàn)的受試者是一位膠質(zhì)瘤患者。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實(shí)時(shí)反饋的單細(xì)胞水平神經(jīng)信號，成功精準(zhǔn)識別腫瘤邊界，最終在最大程度保護(hù)功能區(qū)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了腫瘤的完整切除。”史懷璋說。
他表示，NeuroDepth的應(yīng)用解決了術(shù)中動(dòng)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(zhǔn)切除的技術(shù)范式，為推動(dòng)腦機(jī)接口領(lǐng)域醫(yī)工融合與臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供有力示范。
后續(xù)，空天院與哈醫(yī)大一院將進(jìn)一步拓展技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，推進(jìn)高精度腦機(jī)接口視聽覺功能重建，幫助失明、失聰患者實(shí)現(xiàn)視聽覺感知，同時(shí)推進(jìn)血管介入腦機(jī)接口技術(shù)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(yùn)動(dòng)功能。
（原載于《中國科學(xué)報(bào)》 2025-09-01 第1版 要聞）
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