在神经外科手术中，精准切除肿瘤、最大程度保留健康脑组织，急需一种技术为医生进行实时、高精度的“病灶导航”。这一难题终于得到突破。
近日，中国科学院空天信息创新研究院（空天院）传感器技术全国重点实验室与哈尔滨医科大学附属第一医院（哈医大一院）神经外科联合，成功完成“基于植入式微电极阵列的脑深部肿瘤边界精准定位”临床试验。
这是全球范围内首次报道的脑机接口应用于脑深部肿瘤术中边界精准定位的临床试验，标志着我国自主研发的植入式临床脑机接口技术实现重要突破。该技术能提升患者术后神经功能保留率和生活质量，具有重要的临床推广价值。
脑肿瘤边界精准识别：临床难题亟待突破
神经胶质瘤、脑转移瘤等脑肿瘤具有发病率高、致死率高、复发率高的特点，因其浸润性生长特性导致肿瘤组织与正常脑组织边界模糊难辨。因此，精准定位病灶边界对手术切除、放疗规划和预后评估至关重要。
哈医大一院神经外科主任史怀璋介绍，MRI、CT等临床常用的术前检查虽能大致定位肿瘤位置，帮助定位病变及避开功能区，但无法反映手术中诸如脑组织移位等动态变化，误差可达5～20毫米，“在肿瘤切除后期误差更明显”。
而且，在手术过程中，超声、黄荧光导航等技术也难以实时、精准区分正常脑组织功能区与肿瘤组织，术中皮层脑电图（ECoG）电生理监测技术虽然分辨率为毫米级，但尚无法达到单细胞水平精准识别，同时存在检测的滞后性。
因此，医学界一直急需一种能在术中实时判读、精准识别的技术。
为脑肿瘤手术装上“精准导航”
此次临床试验采用了空天院自主研发的临床脑机接口微电极NeuroDepth和多层次调控与高通量神经信号同步检测仪AIRCAS-128。在它们的辅助下，医生可在保护大脑运动、语言、认知等功能区的同时，精准切除恶性肿瘤。
空天院自主研发的NeuroDepth临床微电极
据介绍，NeuroDepth临床微电极采用新型高时空分辨、多位点的脑机接口神经探针，探针最长可达9.5厘米、厚度不超过0.2毫米，只有约1根头发丝直径，而且宽度可根据临床需要自主设计，空间分辨率达15微米，具有超长兼具高韧性与生物安全性，可在全脑任意位置实现单细胞水平电活动原位动态微损伤检测，通过实时信号检测与特征识别，高精度识别肿瘤边界。
AIRCAS-128神经信号检测仪相当于“信号解码器”，可以同步采集、分析海量神经信号，将电极捕捉的原始信号转化为精准的“病灶导航”，为肿瘤术中边界判断提供实时数据。
空天院特聘研究骨干、副研究员王蜜霞介绍，NeuroDepth突破传统神经电极的局限，可探测全脑任意区域，“同时它的空间分辨率达15微米，能识别单个神经细胞的活动，为肿瘤边界判断提供了“微观尺度”的依据”。
此外，它不仅能检测神经电信号，还能同步检测多巴胺、谷氨酸等神经递质的化学信号，为区分肿瘤组织与正常组织提供了更全面的依据。
空天院脑机接口器件工艺制作现场
肿瘤完整切除，最大程度保护功能区
本次参与临床试验的是一位胶质瘤患者，术前由于脑肿瘤压迫，出现癫痫频发的症状。史怀璋介绍，结合影像数据，他们通过NeuroDepth临床微电极实时反馈的单细胞水平神经信号，成功精准识别肿瘤边界，最终在最大程度保护功能区的同时，实现了肿瘤的完整切除，避免了新的神经功能受损。
术后，患者癫痫未见发作，语言表达清晰流畅，生活质量得到提高。
哈医大一院神经外科主任史怀璋在手术现场
史怀璋表示，NeuroDepth临床微电极的应用解决了术中动态识别的难题，有望重塑神经外科术中导航与精准切除的技术范式，为推动脑机接口领域医工融合与临床转化应用提供了有力示范。
空天院自2007年起从事植入式脑机接口研究，是国内最早投身该领域的科研力量之一。自2007年起，空天院研制出一系列硬质/柔性植入式脑机接口神经微电极阵列和仪器，在国际上首次实现从器件到系统的活体神经细胞原位双模同步、高通道、高时空分辨率检测，为本次临床试验奠定了技术基础。
中国科学院院士、空天院学术院长、传感器技术全国重点实验室学术委员会主任吴一戎表示，空天信息技术的应用并非局限于传统航空航天领域，在与微系统、医工交叉融合的过程中，展现出强大的创新潜力，正加速推进脑机接口等前沿技术的工程转化与临床落地。“本次临床试验的成功落地是脑机接口技术走向临床转化与产业化发展的关键一步。”
后续，空天院与哈医大一院将进一步拓展技术应用领域，计划推进高精度脑机接口视听觉功能重建，帮助失明、失聪患者实现视听觉感知；推进血管介入脑机接口在卒中后康复、脑积水治疗等领域的临床应用，助力偏瘫患者完成运动功能。
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