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超越进口实现领跑!清华团队自主研发中国首款脑起搏器,攻克帕金森病步态障碍治疗等世界难题

发布人:深科技时间:2022-01-14来源:工程师
往大脑深处植入电极,通过“机器”控制人的肢体运动,这个只有在《黑客帝国》等科幻片中才会出现的场景如今已经成为现实。


近年来,脑起搏器技术受到越来越多人的关注。脑起搏器是一种有源植入医疗器械,又被称为“脑深部刺激器”。作为研究大脑的有力工具,脑起搏器对包括帕金森病、癫痫在内的脑神经疾病患者的重要意义不言而喻。其不仅是国际公认的治疗中晚期帕金森病的最佳神经外科疗法,也被誉为医疗器械领域“皇冠上的明珠”。

“脑起搏器这种植入医疗器械和航天医疗设备一样,都是高技术的结晶,对可靠性要求极高,两者在技术路线上有继承性。”清华大学航天航空学院教授,神经调控国家工程研究中心主任李路明说道。

2021 未来科学大奖周-科学峰会期间,DeepTech 深科技与李路明教授就脑起搏器技术进行了深入的交流。


打破技术垄断,自主研发中国首款脑起搏器
据数据统计,中国大概有 300 万帕金森病患者,居世界第一。除此之外,中国还有近 1000 万的癫痫患者,4000 多万尿失禁患者和慢性疼痛患者。

对于这些人数众多的神经疾病患者而言,神经调控是一种成效显著的疗法。

以帕金森病为例,其是一种常见的神经系统变性疾病,症状多表现为“震颤、肌强直、面具脸、短促步态等”,以老年人居多。而通过脑起搏器则可明显改善患者的运动症状,其效果已在世界范围内得到普遍证实。

然而长期以来,脑起搏器一直被国外垄断,我国完全依赖进口,较高的使用门槛和昂贵的治疗费用让广大患者们望而却步。

为彻底改变这一现状,早在 2000 年,李路明团队就开始了漫长的脑起搏器研发之路。

经过十几年的艰苦努力,2013 年中国首款自主研发的脑起搏器获批上市,并在 2016 年获欧盟认证,使中国成为世界上第二个掌握脑起搏器技术的国家,仅在美国之后。

而且与进口产品相比,中国脑起搏器在性能、体积、重量、寿命、价格上都有着明显优势。

除此之外,李路明团队在脑起搏器技术创新方面不断取得突破性进展。比如全球首次提出变频刺激概念,有效治疗步态障碍;设计了全球首个有同步记录能力的脑起搏器,实现了刺激下的同步记录与对外信息传输。

李路明团队还研发了用于治疗癫痫的迷走神经刺激器、治疗神经性疼痛的脊髓刺激器和治疗膀胱过度活动症的骶神经刺激器,并实现了产业化。

“我们研制了用于脊髓电刺激的高密度电极和刺激器,构建了人工脊髓系统,同时,我们正在研究如何让截瘫患者重新站立、行走,并取得了重要进展。”李路明表示。

依托 5G 探索远程诊疗,搭建医患“云”桥梁
5G 正让远程诊疗变得更加触手可及,而远程调控体系正是中国脑起搏器的重要原创功能之一。

“新冠疫情以来,更多的使用清华脑起搏器的帕金森病患者选择通过远程方式完成脑起搏器的参数调节,以适应病情变化,远程程控数量超过 15000 人次。”李路明介绍道。

可以说,依托 5G 网络的远程诊疗改变了传统的患者到医院就诊模式,患者再也不用往来奔波,极大地减轻了医生和患者的负担。

2020 年 12 月,身在解放军总医院海南医院的凌至培教授和来自北京天坛医院的张建国教授,一现场一远程,跨越近 3000 公里,合作完成了中国首例“方向脑深部电刺激系统”临床植入手术。

事实上,这并不是凌至培教授参与完成的第一台远程手术。此前,其还成功完成了全国首例基于 5G 的远程人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术。

据李路明教授介绍,该手术需要向大脑深处放置电极,并定向施以电刺激,过程中不能出现一丝一毫的差错。但远程手术通常面临着一个挑战,即信息传输过程中会出现信息畸变以及延迟等问题。

因此在手术过程中,确保信息的完整、快速、及时传输就成为了至关重要的事情。而 5G 的发展,极大程度上解决了 4G 网络条件下手术视频卡顿、远程控制延迟明显的难题,使得该起手术几乎等同于实时操作。

“这项手术是在国内率先成功完成的,对全世界整个远程操纵领域都有很大的贡献,中国的科学家在此方面可以说是全球的引领者。”李路明表示。

“做科研要面向国家重大战略需求”
李路明本科毕业于清华大学机械工程系,随后,其又继续留校深造,取得清华大学机械工程博士学位。

李路明表示,在清华大学的学习生涯给他提供了一个完善的基础课程训练机会,使其能够以更加客观的视角看待各种技术问题和科学挑战;另一方面,清华大学也在某种程度上培养了他的家国情怀,以及追求卓越、永不服输的精神。

“清华大学工科实力强劲,加上各种交叉学科,交叉融通中孕育无限生机,这给了我们把脑起搏器做起来的信心。”李路明说道。

最开始的时候,国内关于脑起搏器的研究,从基础研究到技术研究到临床应用基本上都是空白,而李路明团队却下定决心,响应国家和社会的重大需求,一点一滴将脑起搏器从无到有做起来,这个想法对很多人来说都是不可思议的,也意味着要承担相当大的风险和压力。

最终,在经过长达十年的艰苦攻关之后,功夫不负有心人,首例清华脑起搏器治疗帕金森病临床试验手术成功完成。其不仅在神经调控领域取得重大突破,在高端有源植入医疗器械领域,也打破了国外技术的垄断。

李路明教授指出,当时他们团队有一个很朴素的观点,即我们是做技术出身的人,做出的产品我们是否放心给我们的亲人使用,如果做不到,那么我们也很难去说服病人。

而这么一个态度,也一直贯穿着李路明团队的开发、制造,包括后来的临床试验等所有过程。他们甚至将“通过基础创新将有尊严的生命延长 5~10 年”定为团队使命,并为了实现这个目标而不懈奋斗。

“以人为本,爱人如己,时刻以患者为中心。这是作为一个科研工作者,需秉承的做事情的一个基本原则和态度,”李路明说道,“能够通过自己的努力造福更多的人,我觉得这对我来说是一件非常幸运的事情。”


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关键词: 清华

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