近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院傳感器技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)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)。這是全球范圍內(nèi)首次腦機(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)，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的植入式臨床腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)重要突破。該技術(shù)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。

NeuroDepth臨床微電極：（a）32位點(diǎn)臨床硬質(zhì)微電極陣列；（b）13位點(diǎn)臨床硬質(zhì)微電極陣列；（c）16位點(diǎn)雙模柔性微電極陣列

腦腫瘤邊界精準(zhǔn)識(shí)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(diǎn)，因其浸潤(rùn)性生長(zhǎng)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(duì)手術(shù)切除、放療規(guī)劃和預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)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(dòng)態(tài)變化（如：腦組織移位），誤差可達(dá)5毫米到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(shí)時(shí)、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(cè)技術(shù)雖然分辨率為毫米級(jí)，檢測(cè)的是場(chǎng)電位信號(hào)，但尚無法達(dá)到單細(xì)胞水平精準(zhǔn)識(shí)別，同時(shí)存在檢測(cè)的滯后性。因此，醫(yī)學(xué)界一直急需一種能在術(shù)中實(shí)時(shí)判讀、精準(zhǔn)識(shí)別的技術(shù)。

為腦腫瘤手術(shù)裝上“精準(zhǔn)導(dǎo)航”

這項(xiàng)臨床試驗(yàn)，采用了中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院自主研發(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(hào)同步檢測(cè)儀（AIRCAS-128）。

多層次調(diào)控與高通量神經(jīng)信號(hào)同步檢測(cè)儀（AIRCAS-128）

其中，NeuroDepth臨床微電極主要基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）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(zhǎng)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）、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，具有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(cè)，通過實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)與特征識(shí)別來高精度識(shí)別腫瘤邊界。AIRCAS-128神經(jīng)信號(hào)檢測(cè)儀相當(dāng)于“信號(hào)解碼器”，可以同步采集、分析海量神經(jīng)信號(hào)，將電極捕捉的原始信號(hào)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院副研究員王蜜霞介紹，NeuroDepth臨床微電極實(shí)時(shí)捕捉單細(xì)胞水平的神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

一是探測(cè)范圍更廣，突破了傳統(tǒng)神經(jīng)電極僅能檢測(cè)腦表面和淺層的局限，可探測(cè)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(dá)15微米，能識(shí)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(cè)神經(jīng)電信號(hào)，還能同步檢測(cè)化學(xué)信號(hào)（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(shí)發(fā)現(xiàn)病灶、精準(zhǔn)識(shí)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(hù)大腦運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言、認(rèn)知等功能區(qū)的同時(shí)，精準(zhǔn)切除惡性腫瘤。

本次臨床試驗(yàn)針對(duì)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)語(yǔ)言混亂頻發(fā)的癥狀。臨床試驗(yàn)中，醫(yī)務(wù)人員結(jié)合影像數(shù)據(jù)，通過NeuroDepth臨床微電極實(shí)時(shí)反饋的單細(xì)胞水平神經(jīng)信號(hào)，成功精準(zhǔn)識(shí)別了腫瘤邊界，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。術(shù)后，患者語(yǔ)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)。

中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院腦機(jī)接口器件工藝制作現(xiàn)場(chǎng)

NeuroDepth臨床微電極的應(yīng)用解決了術(shù)中動(dòng)態(tài)識(shí)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)用提供了示范。

中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院自2007年起，已研制出一系列硬質(zhì)/柔性植入式腦機(jī)接口神經(jīng)微電極陣列和儀器，在國(guó)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(cè)，為本次臨床試驗(yàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)

中國(guó)科學(xué)院院士吳一戎指出，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)出了強(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，為保障人民生命健康、提升國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力提供了重要科技支撐。

未來科研團(tuán)隊(duì)將與醫(yī)療部門進(jìn)一步拓展技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)劃推進(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；推進(jìn)血管介入腦機(jī)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(yùn)動(dòng)功能。