- 頭發(fā)絲厚度國產微電極助力腦深部腫瘤手術
- 來源： 中國科學報 高雅麗 發(fā)表于 2025/9/4
“患者術前由于腦腫瘤壓迫，出現(xiàn)癲癇頻發(fā)的癥狀。術后，患者癲癇未見發(fā)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，為接下來的康復和后續(xù)治療打下了堅實基礎。”
在介紹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時，哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院（以下簡稱哈醫(yī)大一院）神經外科主任醫(yī)師史懷璋如是說。而讓這場“精準手術”成為可能的，是一枚厚度僅一根頭發(fā)絲粗的國產植入式微電極。
近日，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡稱空天院）傳感器技術全國重點實驗室與哈醫(yī)大一院神經外科聯(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定位”臨床試驗，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。
急需腦腫瘤邊界精準識別技術
神經膠質瘤、腦轉移瘤等腦腫瘤具有發(fā)病率高、致死率高、復發(fā)率高的特點，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(guī)劃和預后評估至關重要。
史懷璋介紹，臨床常用的磁共振成像、計算機斷層掃描等術前檢查，雖能大致定位腫瘤位置，幫助定位病變及避開功能區(qū)，但無法反映手術中諸如腦組織移位等動態(tài)變化，誤差可達5~20毫米，在腫瘤切除后期誤差更為明顯。術中超聲、黃熒光導航等技術也難以實時、精準區(qū)分正常腦組織功能區(qū)與腫瘤組織。
“此外，術中皮層腦電圖電生理監(jiān)測技術雖然分辨率為毫米級，但檢測的是場電位信號，無法實現(xiàn)單細胞水平精準識別，同時檢測存在滯后性。因此，醫(yī)學界急需一種能在術中實時判讀、精準識別的技術�！笔窇谚罢f。
為腦腫瘤手術裝上“精準導航”
破解臨床難題的關鍵力量，來自在航空航天領域發(fā)揮重要作用的空天信息技術，尤其是應用于傳感器領域的微機電系統(tǒng)技術。
“空天信息技術并非局限于傳統(tǒng)航空航天領域，在與微系統(tǒng)、醫(yī)工交叉融合的過程中，它展現(xiàn)出強大的創(chuàng)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(xié)同發(fā)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。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(yè)化發(fā)展的關鍵一步�！敝袊茖W院院士、空天院學術院長吳一戎表示。
空天院是國內最早從事植入式腦機接口研究的科研力量之一。自2007年起，空天院研制出一系列硬質/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(xiàn)從器件到系統(tǒng)的活體神經細胞原位雙模同步、高通道、高時空分辨率檢測，為此次臨床試驗奠定了技術基礎。
此次由空天院與哈醫(yī)大一院聯(lián)合完成的臨床試驗，采用了空天院自主研發(fā)的臨床腦機接口微電極（NeuroDepth）和多層次調控與高通量神經信號同步檢測儀（AIRCAS-128）。
空天院副研究員王蜜霞介紹，NeuroDepth主要基于微機電系統(tǒng)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(fā)絲直徑。
同時，其寬度可根據臨床需要自主設計，空間分辨率達15微米，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神經信號檢測儀相當于“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”，為腫瘤切除術中邊界判斷提供實時數(shù)據。
王蜜霞表示，NeuroDepth實時捕捉單細胞水平的神經活動信號，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在3個方面：一是探測范圍更廣，突破了傳統(tǒng)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、淺腦與腦深部在內的全腦任意區(qū)域；二是定位精度更高，空間分辨率達15微米，能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，不僅能檢測神經電信號，還能同步檢測化學信號，為區(qū)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(fā)現(xiàn)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(guī)劃，在保護大腦運動、語言、認知等功能區(qū)的同時，精準切除惡性腫瘤�！蓖趺巯颊f。
臨床成效顯著
此次臨床試驗的受試者是一位膠質瘤患者。該患者術前由于腦腫瘤壓迫，出現(xiàn)癲癇頻發(fā)的癥狀。
“我們結合影像數(shù)據，通過NeuroDepth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(qū)的同時，實現(xiàn)了腫瘤的完整切除。”史懷璋說。
他表示，NeuroDepth的應用解決了術中動態(tài)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(yī)工融合與臨床轉化應用提供有力示范。
后續(xù)，空天院與哈醫(yī)大一院將進一步拓展技術應用領域，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(xiàn)視聽覺感知，同時推進血管介入腦機接口技術在卒中后康復、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。
（原載于《中國科學報》 2025-09-01 第1版 要聞）
- 如果本文收錄的圖片文字侵犯了您的權益，請及時與我們聯(lián)系，我們將在24內核實刪除，謝謝！
