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,腦起搏器技術(shù)受到越來越多人的關(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)控國家工程研究中心主任李路明說道。
2021 未來科學(xué)大獎周-科學(xué)峰會期間,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)中國首款腦起搏器
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),中國大概有 300 萬帕金森病患者,居世界第一。除此之外,中國還有近 1000 萬的癲癇患者,4000 多萬尿失禁患者和慢性疼痛患者。
對于這些人數(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。而通過腦起搏器則可明顯改善患者的運(yùn)動癥狀,其效果已在世界范圍內(nèi)得到普遍證實(shí)。
然而長期以來,腦起搏器一直被國外壟斷,我國完全依賴進(jìn)口,較高的使用門檻和昂貴的治療費(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)就開始了漫長的腦起搏器研發(fā)之路。
經(jīng)過十幾年的艱苦努力,2013 年中國首款自主研發(fā)的腦起搏器獲批上市,并在 2016 年獲歐盟認(rèn)證,使中國成為世界上第二個掌握腦起搏器技術(shù)的國家,僅在美國之后。
而且與進(jìn)口產(chǎn)品相比,中國腦起搏器在性能、體積、重量、壽命、價(jià)格上都有著明顯優(yōu)勢。
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度活動癥的骶神經(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)控體系正是中國腦起搏器的重要原創(chuàng)功能之一。
“新冠疫情以來,更多的使用清華腦起搏器的帕金森病患者選擇通過遠(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 15000 人次?!崩盥访鹘榻B道。
可以說,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自北京天壇醫(yī)院的張建國教授,一現(xiàn)場一遠(yuǎn)程,跨越近 3000 公里,合作完成了中國首例“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遠(yuǎn)程手術(shù)。此前,其還成功完成了全國首例基于 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,過程中不能出現(xiàn)一絲一毫的差錯。但遠(yuǎn)程手術(shù)通常面臨著一個挑戰(zhàn),即信息傳輸過程中會出現(xiàn)信息畸變以及延遲等問題。
因此在手術(shù)過程中,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)是在國內(nèi)率先成功完成的,對全世界整個遠(yuǎn)程操縱領(lǐng)域都有很大的貢獻(xiàn),中國的科學(xué)家在此方面可以說是全球的引領(lǐng)者。”李路明表示。
“做科研要面向國家重大戰(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完善的基礎(chǔ)課程訓(xùn)練機(jī)會,使其能夠以更加客觀的視角看待各種技術(shù)問題和科學(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,交叉融通中孕育無限生機(jī),這給了我們把腦起搏器做起來的信心?!崩盥访髡f道。
最開始的時(shí)候,國內(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)國家和社會的重大需求,一點(diǎn)一滴將腦起搏器從無到有做起來,這個想法對很多人來說都是不可思議的,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)過長達(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服病人。
而這么一個態(tài)度,也一直貫穿著李路明團(tuán)隊(duì)的開發(fā)、制造,包括后來的臨床試驗(yàn)等所有過程。他們甚至將“通過基礎(chǔ)創(chuàng)新將有尊嚴(yán)的生命延長 5~10 年”定為團(tuán)隊(duì)使命,并為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)而不懈奮斗。
“以人為本,愛人如己,時(shí)刻以患者為中心。這是作為一個科研工作者,需秉承的做事情的一個基本原則和態(tài)度,”李路明說道,“能夠通過自己的努力造福更多的人,我覺得這對我來說是一件非常幸運(yùn)的事情?!?/span>
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