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空天院自主研發(fā)的NeuroDepth臨床微電極空天院腦機接口器件工藝制作現(xiàn)場哈醫(yī)大一院神經(jīng)外科主任史懷璋在手術(shù)現(xiàn)場在神經(jīng)外科手術(shù)中，精準(zhǔn)切除腫瘤、最大程度保留健康腦組織，急需一種技術(shù)為醫(yī)生進(jìn)行實時、高精度的“病灶導(dǎo)航”。這一難題終于得到突破。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(zhǔn)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(zhǔn)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)能提升患者術(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(zhǔn)識別：臨床難題亟待突破神經(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(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。哈醫(yī)大一院神經(jīng)外科主任史懷璋介紹，MRI、CT等臨床常用的術(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態(tài)變化，誤差可達(dá)5～20毫米，“在腫瘤切除后期誤差更明顯”。而且，在手術(shù)過程中，超聲、黃熒光導(dǎo)航等技術(shù)也難以實時、精準(zhǔn)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，但尚無法達(dá)到單細(xì)胞水平精準(zhǔn)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(zhǔn)識別的技術(shù)。為腦腫瘤手術(shù)裝上“精準(zhǔn)導(dǎo)航”此次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。在它們的輔助下，醫(yī)生可在保護(hù)大腦運動、語言、認(rèn)知等功能區(qū)的同時，精準(zhǔn)切除惡性腫瘤。據(jù)介紹，NeuroDepth臨床微電極采用新型高時空分辨、多位點的腦機接口神經(jīng)探針，探針最長可達(dá)9.5厘米、厚度不超過0.2毫米，只有約1根頭發(fā)絲直徑，而且寬度可根據(jù)臨床需要自主設(shè)計，空間分辨率達(dá)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(xì)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(zhǔn)的“病灶導(dǎo)航”，為腫瘤術(shù)中邊界判斷提供實時數(shù)據(jù)?？仗煸禾仄秆芯抗歉?、副研究員王蜜霞介紹，NeuroDepth突破傳統(tǒng)神經(jīng)電極的局限，可探測全腦任意區(qū)域，“同時它的空間分辨率達(dá)15微米，能識別單個神經(jīng)細(xì)胞的活動，為腫瘤邊界判斷提供了“微觀尺度”的依據(jù)”。此外，它不僅能檢測神經(jīng)電信號，還能同步檢測多巴胺、谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)的化學(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)。腫瘤完整切除，最大程度保護(hù)功能區(qū)本次參與臨床試驗的是一位膠質(zhì)瘤患者，術(shù)前由于腦腫瘤壓迫，出現(xiàn)癲癇頻發(fā)的癥狀。史懷璋介紹，結(jié)合影像數(shù)據(jù)，他們通過NeuroDepth臨床微電極實時反饋的單細(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，實現(xiàn)了腫瘤的完整切除，避免了新的神經(jīng)功能受損。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。史懷璋表示，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(zhǔn)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?？仗煸鹤?007年起從事植入式腦機接口研究，是國內(nèi)最早投身該領(lǐng)域的科研力量之一。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(xì)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)。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)委員會主任吳一戎表示，空天信息技術(shù)的應(yīng)用并非局限于傳統(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，正加速推進(jìn)腦機接口等前沿技術(shù)的工程轉(zhuǎn)化與臨床落地?！氨敬闻R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?！焙罄m(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，計劃推進(jìn)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(jìn)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。