小芯片成為“大國重器”

文/ 本刊記者 張瞳

腦起搏器脈沖信號原理

在北京天壇醫(yī)院手術(shù)室內(nèi)，腦起搏器植入手術(shù)正在緊張進(jìn)行中。醫(yī)生將把兩枚精細(xì)柔軟的電極植入帕金森病患者的丘腦底核，通過電刺激的方式，對病變神經(jīng)元實行調(diào)控和治療，改善癥狀。隨著電脈沖信號參數(shù)的細(xì)致調(diào)節(jié)，患者的手臂漸漸停止顫抖，手掌也能自主掌握，這說明電刺激對患者有效，醫(yī)生懸著的心也終于落下。

“人的所有的生理活動其實都和大腦有關(guān)系，我們可以通過調(diào)控我們的神經(jīng)系統(tǒng)來干預(yù)這些生理活動。”神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國家工程實驗室主任李路明說，“人的大腦是我們?nèi)俗罹茏顚氋F的器官，要把大腦打兩個孔，把我們的電機(jī)放進(jìn)去，還要在大腦里面待到10年以上，對于任何一個人都是戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的，如果我們研發(fā)者的親人使用這個設(shè)備，你自己放心使用嗎？本著這個態(tài)度，我們研究團(tuán)隊把技術(shù)力爭做到極致。”

這個設(shè)備，就是腦起搏器。腦起搏器由電極延長導(dǎo)線和脈沖發(fā)生器三部分組成，脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)發(fā)送電脈沖信號，延長導(dǎo)線將脈沖信號傳輸給電極，電極則通過釋放脈沖信號到丘腦底核，抑制和調(diào)節(jié)異常的神經(jīng)活動。李路明介紹，把電極插到異常放電的神經(jīng)核桃上面，干擾原來的不正常放電，使它的放電“改邪歸正”，通過脈沖電流使大腦放電動力學(xué)改變?yōu)檎！Ｒ罁?jù)這個原理，可以主要用來治療帕金森病、肌張力障礙、癲癇、阿爾茲海默癥、抑郁等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

小小的一枚芯片，凝聚了科研國家隊的集體智慧，為“國之重器”再添一員大將。

千絲萬縷 扛起國際腦起搏器大旗

早在2000年，清華大學(xué)研究團(tuán)隊就開始了對腦起搏器的研究，2003年開始工程化研制，從2006年開始，中國將腦起搏器的研發(fā)納入了國家科技支撐計劃中，并支持清華大學(xué)研究團(tuán)隊成立了神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國家工程實驗室。清華大學(xué)李路明團(tuán)隊與北京天壇醫(yī)院等多機(jī)構(gòu)開展合作，通過艱苦攻關(guān)，終于打破技術(shù)壁壘。2013年，他們研制的“單通道腦深部電刺激器”獲得了國家頒發(fā)的醫(yī)療器械注冊證，2014年，“雙通道腦深部電刺激器”和“雙通道可充電腦深部電刺激器”也獲得了國家醫(yī)療器械注冊證，使我國成為全球除美國以外，唯一能夠研發(fā)、生產(chǎn)和大規(guī)模臨床應(yīng)用腦起搏器的國家。

腦起搏器生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)，隨著紡錘快速利落的機(jī)械運(yùn)動，48根直徑僅為0.04毫米，比人類頭發(fā)絲更細(xì)的金屬絲正在被編織。以往的腦起搏器它會跟磁共振成像的里面的電磁場相互作用，植入這種腦起搏器之后的患者是不能掃磁共振的，磁共振是一個非常常見的診斷方法，全身能用影像診斷的50多種疾病里有40多種病需要用磁共振成像方法來診斷，這樣的話對他們疾病診斷是非常不利的。而正在編織的金屬絲網(wǎng)會把延長導(dǎo)線包裹在其中，這就像給孕婦穿上防輻射服，植入腦起搏器后，患者不僅能在電磁環(huán)境中正常生活，還能照常做磁共振，清華腦起搏器也由此成為達(dá)到3.0T磁共振掃描安全要求的植入式醫(yī)療裝備。

3.0T磁共振兼容腦起搏器是“產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)同創(chuàng)新”合作模式下神經(jīng)調(diào)控國家工程研究中心產(chǎn)生的又一創(chuàng)新成果，2021年作為高端醫(yī)療器械領(lǐng)域的代表入選國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展。目前，該產(chǎn)品已在全國8家醫(yī)院用于前沿臨床研究，共計50余名患者接受了植入，在推動帕金森病、阿爾茲海默癥、抑郁癥、肌張力障礙、癲癇等疾病的機(jī)制認(rèn)識和臨床治療中發(fā)揮著重要作用。該產(chǎn)品獲得國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市，標(biāo)志著我國在腦起搏器領(lǐng)域從跟跑、并跑階段跨入了領(lǐng)跑的發(fā)展新階段。

北京品馳醫(yī)療設(shè)備有限公司正是神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國家工程實驗室成員之一，在逐步實現(xiàn)科技領(lǐng)先、占據(jù)國內(nèi)主要市場的同時，品馳積極響應(yīng)國家“一帶一路”政策號召，迅速走向國際化之路，成為我國高端醫(yī)療領(lǐng)域一張靚麗的國際名片：2016年10月，品馳腦起搏器通過歐盟CE認(rèn)證并獲頒證書。標(biāo)志著品馳腦起搏器系統(tǒng)在安全、可靠、有效等方面，已經(jīng)完全達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，并已經(jīng)具備進(jìn)入國際發(fā)達(dá)國家市場的能力和資格。2017年6月，一名巴基斯坦的帕金森病患者，在拉合爾的奧馬爾（Omar）醫(yī)院，接受了腦深部電刺激手術(shù)。手術(shù)采用品馳腦起搏器。手術(shù)順利完成，患者改善良好，醫(yī)生和患者均對品馳產(chǎn)品進(jìn)行了高度贊譽(yù)。目前，品馳腦起搏器已經(jīng)在巴基斯坦、孟加拉國、新加坡、印度尼西亞、英國等多個國家進(jìn)入了臨床應(yīng)用。

愛人如己 將國之重器惠民利民

“中國在醫(yī)學(xué)影像這種尖端設(shè)備方面，基本上都是靠進(jìn)口，價格貴，老百姓實際上用不起。”李路明說道，“做醫(yī)療設(shè)備快30年了，我們一直在思考我們給這個社會到底能有什么貢獻(xiàn)，我們的意義在哪里？”

DBS臨床應(yīng)用醫(yī)生正在患者腦中植入電極

自主研發(fā)，解決“卡脖子”問題，把昂貴的進(jìn)口醫(yī)療器械價格打下來，是目前亟待解決的問題。李路明介紹道，國產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備的介入也是另一個層面，讓國際上原有的高端設(shè)備可以降價，它也可以輸出到國外，可以讓我國的裝備技術(shù)的進(jìn)步能夠輻射到全人類。

醫(yī)學(xué)不是一個冷冰冰的科學(xué)，更多的是醫(yī)學(xué)人們的關(guān)懷。

截至2022年10月，清華研制的腦起搏器已全面超越進(jìn)口產(chǎn)品，占我國該設(shè)備臨床應(yīng)用的50%以上，累計為我國超2萬患者節(jié)約治療成本超過10億元。我國自主研發(fā)生產(chǎn)的腦起搏器，不僅具有穩(wěn)定、優(yōu)良的臨床效果，還大大降低了治療費用，據(jù)李路明介紹，這項科技成果平均給每個患者節(jié)省5～10萬元左右。從而讓該項療法迅速普及，讓更多的患者能夠受益于這項療法治療。

不僅如此，我國研制的脈沖發(fā)生器還突破了傳統(tǒng)腦起搏器，每隔4到6年患者必須再次手術(shù)更換電池的缺陷，實現(xiàn)了體外無線充電。重量僅37克的清華腦起搏器將徹底改變飽受煎熬的帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的未來人生。

“我們看不到它在患者體內(nèi)，但是它和患者的生命息息相關(guān)。”神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國家工程實驗室主任李路明說道，“醫(yī)患是共情的，因為他們有一個共同的敵人，就是疾病。”