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脑肿瘤边界精准识别：临床亟待突破的难题

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，因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。

哈医大一院神经外科主任史怀璋介绍，临床常用的术前检查（如 MRI、CT）虽能大致定位肿瘤位置，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 ~ 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（ECoG）电生理监测技术虽然分辨率为毫米级，检测的是场电位信号，但尚无法达到单细胞水平精准识别，同时存在检测的滞后性。因此，医学界一直急需一种能在术中实时判读、精准识别的技术。

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为脑肿瘤手术装上“精准导航”

由空天院与哈医大一院联合完成的临床试验，采用了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）。

空天院自主研发的NeuroDepth临床微电极

其中，NeuroDepth临床微电极主要基于微机电系统（MEMS）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”，可以同步采集、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。

哈医大一院神经外科主任史怀璋在手术现场

空天院特聘研究骨干、副研究员王蜜霞介绍，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，能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，不仅能检测神经电信号，还能同步检测化学信号（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，从而用于确定脑肿瘤边界、科学开展手术规划，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。

史怀璋介绍：“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。我们结合影像数据，通过 NeuroDepth 临床微电极实时反馈的单细胞水平神经信号，成功精准识别肿瘤边界，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，为接下来的康复和后续治疗打下了坚实基础。”

据悉，后续，空天院与哈医大一院将进一步拓展技术应用领域，计划推进高精度脑机接口视听觉功能重建，帮助失明、失聪患者实现视听觉感知；推进血管介入脑机接口在卒中后康复、脑积水治疗等领域的临床应用，助力偏瘫患者恢复运动功能

新闻来源：

中国科学院空天信息创新研究院

发布于：浙江省