近日，中國科學院空天信息創新研究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（簡稱哈醫大一院）神經外科合作，成功完成“基于植入式微電極陣列的腦深部腫瘤邊界精準定位”臨床試驗。這是全球范圍內首次報道的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，標志著我國自主研發的植入式臨床腦機接口技術實現重要突破。
這一技術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，具有重要的臨床推廣價值。
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，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。
臨床常用的術前檢查如MRI、CT能夠大致定位腫瘤位置，幫助定位病變及避開功能區，但無法反映手術中的動態變化如腦組織移位，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識別，存在檢測的滯后性。因此，醫學界急需一種能夠在術中實時判讀、精準識別的技術。
由空天院與哈醫大一院聯合完成的臨床試驗，采用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）。
NeuroDepth臨床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。AIRCAS-128神經信號檢測儀相當于“信號解碼器”，可同步采集、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。
NeuroDepth臨床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，突破了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，可識別單個神經細胞的活動，為腫瘤邊界判斷提供了“微觀尺度”的依據；三是信息維度更全，不僅能夠檢測神經電信號，還能夠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。上述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，可用于確定腦腫瘤邊界、科學開展手術規劃，并可在保護大腦運動、語言、認知等功能區的同時精準切除惡性腫瘤。
本次臨床試驗針對一位膠質瘤患者開展。該患者術前由于腦腫瘤壓迫，出現癲癇頻發的癥狀。團隊結合影像數據，通過NeuroDepth臨床微電極實時反饋的單細胞水平神經信號，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了腫瘤的完整切除。術后，患者癲癇未見發作，語言表達清晰流暢，生活質量得到提高。同時，手術避免了新的神經功能受損，為后續康復和治療奠定了基礎。
NeuroDepth臨床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了示范。
空天院自主研發的NeuroDepth臨床微電極（a）32位點臨床硬質微電極陣列；（b）13位點臨床硬質微電極陣列；（c）16位點雙模柔性微電極陣列
空天院自主研發的多層次調控與高通量神經信號同步檢測儀（AIRCAS-128）
空天院腦機接口器件工藝制作現場
臨床微電極制作過程展示（動畫）
手術現場
本文鏈接：我國自主研發腦機接口成功完成腦深部腫瘤邊界精準定位臨床試驗http://www.sq15.cn/show-12-1675-0.html
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