我国自主研发脑机接口成功完成脑深部肿瘤边界精准定位临床试验
近日，中国科学院空天信息创新研究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（简称哈医大一院）神经外科合作，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。
这一技术为神经外科提供实时、高精度的“病灶导航”，有望在精准切除肿瘤的同时最大程度保护健康脑组织，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。
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，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。
临床常用的术前检查如MRI、CT能够大致定位肿瘤位置，帮助定位病变及避开功能区，但无法反映手术中的动态变化如脑组织移位，误差可达5毫米~20毫米，在肿瘤切除后期误差更明显；术中超声、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；术中皮层脑电图电生理监测技术分辨率为毫米级，检测的是场电位信号，但无法达到单细胞水平精准识别，存在检测的滞后性。因此，医学界急需一种能够在术中实时判读、精准识别的技术。
由空天院与哈医大一院联合完成的临床试验，采用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）。
NeuroDepth临床微电极主要基于微机电系统工艺和纳米功能材料技术，为新型高时空分辨、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（约为1根头发丝直径）、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。
NeuroDepth临床微电极实时捕捉单细胞水平的神经活动信号，其优势主要体现在三个方面：一是探测范围更广，突破了传统神经电极仅能检测脑表面和浅层的局限，可探测包含脑表面、浅脑与脑深部的全脑任意区域；二是定位精度更高，空间分辨率达15微米，可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；三是信息维度更全，不仅能够检测神经电信号，还能够同步检测化学信号如多巴胺、谷氨酸等神经递质，为区分肿瘤组织与正常组织提供了更全面的依据。上述性能可为及时发现病灶、精准识别病灶边界提供关键技术支撑，可用于确定脑肿瘤边界、科学开展手术规划，并可在保护大脑运动、语言、认知等功能区的同时精准切除恶性肿瘤。
本次临床试验针对一位胶质瘤患者开展。该患者术前由于脑肿瘤压迫，出现癫痫频发的症状。团队结合影像数据，通过NeuroDepth临床微电极实时反馈的单细胞水平神经信号，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。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。同时，手术避免了新的神经功能受损，为后续康复和治疗奠定了基础。
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示范。
空天院自主研发的NeuroDepth临床微电极（a）32位点临床硬质微电极阵列；（b）13位点临床硬质微电极阵列；（c）16位点双模柔性微电极阵列
空天院自主研发的多层次调控与高通量神经信号同步检测仪（AIRCAS-128）
空天院脑机接口器件工艺制作现场
临床微电极制作过程展示（动画）
手术现场
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