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近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院傳感器技術(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（簡稱哈醫(yī)大一院）神經(jīng)外科合作，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。這一技術(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(zhǔn)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。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，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。臨床常用的術(shù)前檢查如MRI、CT能夠大致定位腫瘤位置，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毫米~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(zhǔn)區(qū)分正常腦組織功能區(qū)與腫瘤組織；術(shù)中皮層腦電圖電生理監(jiān)測技術(shù)分辨率為毫米級，檢測的是場電位信號，但無法達到單細胞水平精準(zhǔn)識別，存在檢測的滯后性。因此，醫(yī)學(xué)界急需一種能夠在術(shù)中實時判讀、精準(zhǔn)識別的技術(shù)。由空天院與哈醫(yī)大一院聯(lián)合完成的臨床試驗，采用空天院自主研發(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）。NeuroDepth臨床微電極主要基于微機電系統(tǒng)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)。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，可識別單個神經(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，不僅能夠檢測神經(jīng)電信號，還能夠同步檢測化學(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(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，并可在保護大腦運動、語言、認(rèn)知等功能區(qū)的同時精準(zhǔn)切除惡性腫瘤。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。團隊結(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，精準(zhǔn)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，為后續(xù)康復(fù)和治療奠定了基礎(chǔ)。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)用提供了示范?？仗煸鹤灾餮邪l(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）空天院腦機接口器件工藝制作現(xiàn)場臨床微電極制作過程展示（動畫）手術(shù)現(xiàn)場