超越進(jìn)口實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑！清華團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)中國(guó)首款腦起搏器，攻克帕金森病步態(tài)障礙治療等世界難題

近年來(lái)，腦起搏器技術(shù)受到越來(lái)越多人的關(guān)注。腦起搏器是一種有源植入醫(yī)療器械，又被稱為“腦深部刺激器”。作為研究大腦的有力工具，腦起搏器對(duì)包括帕金森病、癲癇在內(nèi)的腦神經(jīng)疾病患者的重要意義不言而喻。其不僅是國(guó)際公認(rèn)的治療中晚期帕金森病的最佳神經(jīng)外科療法，也被譽(yù)為醫(yī)療器械領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。

“腦起搏器這種植入醫(yī)療器械和航天醫(yī)療設(shè)備一樣，都是高技術(shù)的結(jié)晶，對(duì)可靠性要求極高，兩者在技術(shù)路線上有繼承性?！鼻迦A大學(xué)航天航空學(xué)院教授，神經(jīng)調(diào)控國(guó)家工程研究中心主任李路明說(shuō)道。

2021 未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)周-科學(xué)峰會(huì)期間，DeepTech 深科技與李路明教授就腦起搏器技術(shù)進(jìn)行了深入的交流。

打破技術(shù)壟斷，自主研發(fā)中國(guó)首款腦起搏器
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)大概有 300 萬(wàn)帕金森病患者，居世界第一。除此之外，中國(guó)還有近 1000 萬(wàn)的癲癇患者，4000 多萬(wàn)尿失禁患者和慢性疼痛患者。

對(duì)于這些人數(shù)眾多的神經(jīng)疾病患者而言，神經(jīng)調(diào)控是一種成效顯著的療法。

以帕金森病為例，其是一種常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，癥狀多表現(xiàn)為“震顫、肌強(qiáng)直、面具臉、短促步態(tài)等”，以老年人居多。而通過(guò)腦起搏器則可明顯改善患者的運(yùn)動(dòng)癥狀，其效果已在世界范圍內(nèi)得到普遍證實(shí)。

然而長(zhǎng)期以來(lái)，腦起搏器一直被國(guó)外壟斷，我國(guó)完全依賴進(jìn)口，較高的使用門(mén)檻和昂貴的治療費(fèi)用讓廣大患者們望而卻步。

為徹底改變這一現(xiàn)狀，早在 2000 年，李路明團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始了漫長(zhǎng)的腦起搏器研發(fā)之路。

經(jīng)過(guò)十幾年的艱苦努力，2013 年中國(guó)首款自主研發(fā)的腦起搏器獲批上市，并在 2016 年獲歐盟認(rèn)證，使中國(guó)成為世界上第二個(gè)掌握腦起搏器技術(shù)的國(guó)家，僅在美國(guó)之后。

而且與進(jìn)口產(chǎn)品相比，中國(guó)腦起搏器在性能、體積、重量、壽命、價(jià)格上都有著明顯優(yōu)勢(shì)。

除此之外，李路明團(tuán)隊(duì)在腦起搏器技術(shù)創(chuàng)新方面不斷取得突破性進(jìn)展。比如全球首次提出變頻刺激概念，有效治療步態(tài)障礙；設(shè)計(jì)了全球首個(gè)有同步記錄能力的腦起搏器，實(shí)現(xiàn)了刺激下的同步記錄與對(duì)外信息傳輸。

李路明團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了用于治療癲癇的迷走神經(jīng)刺激器、治療神經(jīng)性疼痛的脊髓刺激器和治療膀胱過(guò)度活動(dòng)癥的骶神經(jīng)刺激器，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

“我們研制了用于脊髓電刺激的高密度電極和刺激器，構(gòu)建了人工脊髓系統(tǒng)，同時(shí)，我們正在研究如何讓截癱患者重新站立、行走，并取得了重要進(jìn)展?！崩盥访鞅硎?。

依托 5G 探索遠(yuǎn)程診療，搭建醫(yī)患“云”橋梁
5G 正讓遠(yuǎn)程診療變得更加觸手可及，而遠(yuǎn)程調(diào)控體系正是中國(guó)腦起搏器的重要原創(chuàng)功能之一。

“新冠疫情以來(lái)，更多的使用清華腦起搏器的帕金森病患者選擇通過(guò)遠(yuǎn)程方式完成腦起搏器的參數(shù)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)病情變化，遠(yuǎn)程程控?cái)?shù)量超過(guò) 15000 人次?！崩盥访鹘榻B道。

可以說(shuō)，依托 5G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診療改變了傳統(tǒng)的患者到醫(yī)院就診模式，患者再也不用往來(lái)奔波，極大地減輕了醫(yī)生和患者的負(fù)擔(dān)。

2020 年 12 月，身在解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院的凌至培教授和來(lái)自北京天壇醫(yī)院的張建國(guó)教授，一現(xiàn)場(chǎng)一遠(yuǎn)程，跨越近 3000 公里，合作完成了中國(guó)首例“方向腦深部電刺激系統(tǒng)”臨床植入手術(shù)。

事實(shí)上，這并不是凌至培教授參與完成的第一臺(tái)遠(yuǎn)程手術(shù)。此前，其還成功完成了全國(guó)首例基于 5G 的遠(yuǎn)程人體手術(shù)——帕金森病“腦起搏器”植入手術(shù)。

據(jù)李路明教授介紹，該手術(shù)需要向大腦深處放置電極，并定向施以電刺激，過(guò)程中不能出現(xiàn)一絲一毫的差錯(cuò)。但遠(yuǎn)程手術(shù)通常面臨著一個(gè)挑戰(zhàn)，即信息傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)信息畸變以及延遲等問(wèn)題。

因此在手術(shù)過(guò)程中，確保信息的完整、快速、及時(shí)傳輸就成為了至關(guān)重要的事情。而 5G 的發(fā)展，極大程度上解決了 4G 網(wǎng)絡(luò)條件下手術(shù)視頻卡頓、遠(yuǎn)程控制延遲明顯的難題，使得該起手術(shù)幾乎等同于實(shí)時(shí)操作。

“這項(xiàng)手術(shù)是在國(guó)內(nèi)率先成功完成的，對(duì)全世界整個(gè)遠(yuǎn)程操縱領(lǐng)域都有很大的貢獻(xiàn)，中國(guó)的科學(xué)家在此方面可以說(shuō)是全球的引領(lǐng)者?！崩盥访鞅硎尽?br />
“做科研要面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求”
李路明本科畢業(yè)于清華大學(xué)機(jī)械工程系，隨后，其又繼續(xù)留校深造，取得清華大學(xué)機(jī)械工程博士學(xué)位。

李路明表示，在清華大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯給他提供了一個(gè)完善的基礎(chǔ)課程訓(xùn)練機(jī)會(huì)，使其能夠以更加客觀的視角看待各種技術(shù)問(wèn)題和科學(xué)挑戰(zhàn)；另一方面，清華大學(xué)也在某種程度上培養(yǎng)了他的家國(guó)情懷，以及追求卓越、永不服輸?shù)木瘛?br />
“清華大學(xué)工科實(shí)力強(qiáng)勁，加上各種交叉學(xué)科，交叉融通中孕育無(wú)限生機(jī)，這給了我們把腦起搏器做起來(lái)的信心。”李路明說(shuō)道。

最開(kāi)始的時(shí)候，國(guó)內(nèi)關(guān)于腦起搏器的研究，從基礎(chǔ)研究到技術(shù)研究到臨床應(yīng)用基本上都是空白，而李路明團(tuán)隊(duì)卻下定決心，響應(yīng)國(guó)家和社會(huì)的重大需求，一點(diǎn)一滴將腦起搏器從無(wú)到有做起來(lái)，這個(gè)想法對(duì)很多人來(lái)說(shuō)都是不可思議的，也意味著要承擔(dān)相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)和壓力。

最終，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)十年的艱苦攻關(guān)之后，功夫不負(fù)有心人，首例清華腦起搏器治療帕金森病臨床試驗(yàn)手術(shù)成功完成。其不僅在神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域取得重大突破，在高端有源植入醫(yī)療器械領(lǐng)域，也打破了國(guó)外技術(shù)的壟斷。

李路明教授指出，當(dāng)時(shí)他們團(tuán)隊(duì)有一個(gè)很樸素的觀點(diǎn)，即我們是做技術(shù)出身的人，做出的產(chǎn)品我們是否放心給我們的親人使用，如果做不到，那么我們也很難去說(shuō)服病人。

而這么一個(gè)態(tài)度，也一直貫穿著李路明團(tuán)隊(duì)的開(kāi)發(fā)、制造，包括后來(lái)的臨床試驗(yàn)等所有過(guò)程。他們甚至將“通過(guò)基礎(chǔ)創(chuàng)新將有尊嚴(yán)的生命延長(zhǎng) 5~10 年”定為團(tuán)隊(duì)使命，并為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)而不懈奮斗。

“以人為本，愛(ài)人如己，時(shí)刻以患者為中心。這是作為一個(gè)科研工作者，需秉承的做事情的一個(gè)基本原則和態(tài)度，”李路明說(shuō)道，“能夠通過(guò)自己的努力造福更多的人，我覺(jué)得這對(duì)我來(lái)說(shuō)是一件非常幸運(yùn)的事情。”

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