我國腦機接口臨床試驗成功實現腦深部腫瘤精準定位

中國科學院空天信息創新研究院(空天院)8月28日宣布，該院傳感器技術全國重點實驗室與哈爾濱醫科大學附屬第一醫院(哈醫大一院)神經外科通過合作，近日成功完成“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。

這是目前所知全球范圍內首次腦機接口應用于腦深部腫瘤術中邊界精準定位的臨床試驗，標志著中國自主研發的植入式臨床腦機接口技術實現重要突破。

具有重要臨床推廣價值

合作團隊表示，植入式臨床腦機接口技術可為神經外科提供實時、高精度的“病灶導航”，有望在精準切除腫瘤的同時最大程度保護健康腦組織，提升患者術后神經功能保留率和生活質量，具有重要臨床推廣價值。

神經膠質瘤、腦轉移瘤等腦腫瘤具有發病率高、致死率高、復發率高的特點，因其浸潤性生長特性導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切除、放療規劃和預后評估至關重要。

哈醫大一院神經外科主任史懷璋介紹說，臨床常用的術前檢查(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，但無法反映手術中的動態變化(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；術中超聲、黃熒光導航等技術也難以實時、精準區分正常腦組織功能區與腫瘤組織；術中皮層腦電圖電生理監測技術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，醫學界一直急需一種能在術中實時判讀、精準識別的技術。

為腦腫瘤手術“精準導航”

本次臨床試驗，采用中國科學院空天院自主研發的臨床腦機接口微電極(NeuroDepth)和多層次調控與高通量神經信號同步檢測儀(AIRCAS-128)。

其中，臨床腦機接口微電極主要基于微機電系統工藝和納米功能材料技術，為新型高時空分辨、多位點的腦機接口神經探針，探針最長可達9.5厘米、厚度不超過0.2毫米(約為1根頭發絲直徑)、寬度可根據臨床需要自主設計，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單細胞水平電活動原位動態微損傷檢測，通過實時信號檢測與特征識別，高精度識別腫瘤邊界。

多層次調控與高通量神經信號同步檢測儀相當于“信號解碼器”，可以同步采集、分析海量神經信號，將電極捕捉的原始信號轉化為精準的“病灶導航”，為腫瘤術中邊界判斷提供實時數據。

中國科學院空天院特聘研究骨干王蜜霞副研究員介紹說，臨床腦機接口微電極實時捕捉單細胞水平的神經活動信號，其優勢主要體現在三個方面：

一是探測范圍更廣，突破傳統神經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，能識別單個神經細胞的活動，為腫瘤邊界判斷提供“微觀尺度”的依據；三是信息維度更全，不僅能檢測神經電信號，還能同步檢測化學信號(如多巴胺、谷氨酸等神經遞質)，為區分腫瘤組織與正常組織提供了更全面的依據。

王蜜霞表示，臨床腦機接口微電極這些性能可為及時發現病灶、精準識別病灶邊界提供關鍵技術支撐，從而用于確定腦腫瘤邊界、科學開展手術規劃，可在保護大腦運動、語言、認知等功能區的同時，精準切除惡性腫瘤。

史懷璋說，本次臨床試驗針對一位膠質瘤患者開展，其術前由于腦腫瘤壓迫，出現癲癇頻發的癥狀。結合影像數據，合作團隊通過臨床腦機接口微電極實時反饋的單細胞水平神經信號，成功精準識別腫瘤邊界，最終在最大程度保護功能區的同時，實現腫瘤完整切除。患者術后癲癇未見發作，生活質量得到提高。該手術還避免了新的神經功能受損，為患者康復和后續治療打下堅實基礎。

他認為，臨床腦機接口微電極的應用解決了術中動態識別的難題，有望重塑神經外科術中導航與精準切除的技術范式，為推動腦機接口領域醫工融合與臨床轉化應用提供示范。

進一步拓展技術應用領域

作為中國最早從事植入式腦機接口研究的科研力量之一，中國科學院空天院2007年起就研制出一系列硬質/柔性植入式腦機接口神經微電極陣列和儀器，在國際上首次實現從器件到系統的活體神經細胞原位雙模同步、高通道、高時空分辨率檢測，為本次臨床試驗奠定技術基礎。

中國科學院空天院學術院長、傳感器技術全國重點實驗室學術委員會主任吳一戎院士指出，空天信息技術并非局限于傳統航空航天領域，在與微系統、醫工交叉融合的過程中，展現出強大的創新潛力，如高性能傳感器、智能感知與神經接口等關鍵技術的協同發展，正加速推進腦機接口等前沿技術的工程轉化與臨床落地。

他表示，本次臨床試驗的成功落地是腦機接口技術走向臨床轉化與產業化發展的關鍵一步，希望雙方團隊進一步深化合作，在技術迭代、臨床應用拓展等方面持續發力，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。

合作團隊透露，雙方后續將進一步拓展腦機接口技術應用領域，計劃推進高精度腦機接口視聽覺功能重建，幫助失明、失聰患者實現視聽覺感知；推進血管介入腦機接口在卒中后康復、腦積水治療等領域的臨床應用，助力偏癱患者完成運動功能。(完)