可充电脑起搏器 “擒住”帕金森
长期以来，中国的帕金森病患者如果要依靠脑起搏器治疗，就必须接受高价且并不耐用的外国货。而近日，清华大学的科研团队历经12年研制成功的国产第二代脑起搏器，将改变这一局面，打破国外技术垄断的同时，也将中国的神经调控技术提高到世界先进水平。
脑起搏器手术又名脑深部电刺激，其工作原理是通过电极刺激脑内控制运动的相关神经核团，抑制异常神经信号，治疗因帕金森病导致的运动失能，并减轻服用药物产生的运动症状波动和异动。
脑起搏器必须的组成部分包括颅内电极、延伸导线、脉冲发生器（内含电池）。每根电极的尖端都包括多个长度为1.5毫米的铂铱合金触点，置于帕金森患者大脑深部控制相应症状的神经核团。延伸导线埋置于皮下，用以连接颅内电极与位于胸大肌处的脉冲发生器。
脑起搏器最为核心的组成部分便是脉冲发生器了，其包括一块电池和一组微电路系统。可感应接收控制器发出的信号，发送电脉冲，经由延长导线至脑深部的目标核团。
“脑起搏器需要考虑生物相容性、植入电极在电磁场下的响应特征、不同结构在植入环境下的密封特性，以及可靠性测试与评价等一系列设计、制造、测试问题。”神经调控技术国家工程实验室负责人、清华大学航天航空学院教授李路明说：“这和我们从事的航天医学工程研究非常类似，我们把以极高的可靠性为特点的航天技术应用在脑科学领域，研制医疗器械，这是我们实验室一个很大的特色。”
为此，李路明带领研究团队采用了不同于美国公司的科研思路，将航天领域的各种高新技术、高可靠性方法应用在脑起搏器研制中。
李路明表示，通过微小卫星、载人航天等领域的技术积累，研究团队在集成设计制造、可靠性、功耗控制、研发规范等领域实现了创新和突破。同时在脑起搏器研制中产生的技术成果又可以服务航天，如刺激器技术可以应用在航天员身上，对抗微重力环境下的肌肉萎缩。这种技术已经随“天宫一号”空间站实验室上天。
研究团队还研发了闭环刺激控制方法，在脑起搏器电极进行刺激治疗的同时，采集脑深部核团的电生理信号，由脑起搏器进行计算，评估患者疾病状态并自动调整刺激参数，实现“按需起搏”的自适应治疗。
位于脉冲发生器内的电池会提供1.5伏到3伏的电压，电极以每秒钟130—185次的高频率连续刺激患者的大脑特定神经。每次释放电流的时间极短，只有60微秒到90微秒。如此微弱的电流强度足以刺激人体神经发生反应，控制身体不再出现颤抖等帕金森症状。
然而脑起搏器电池一般只有3到5年的续航时间，在这之后，患者不得不再次开刀更换电池。
因此，攻关脑起搏器可充电技术极为关键。“这项技术可为患者节省10万元。”经过改良，清华大学研制的国产第二代脑起搏器可以通过无线充电技术完成对脉冲发生器充电。此外，他们还联合中科院开发纳米发电材料，未来的脑起搏器能够利用人体大脑活动或身体肌肉运动摩擦发电，从而舍弃目前使用的导线、电池等设备。
可充电脑起搏器最大的难点在于充电温度需要进行精确控制。在无线充电过程中，体内外发射接收装置对中和距离不确定会导致脑起搏器发热，如果因此导致温度升高太多，就会烫伤患者。但是李路明表示他们已经找到了解决方案：“我们发明了基于体外温度测量保护的可充电技术和双闭环控制技术，使温度控制精度达到0.1摄氏度。”
借助于这一技术突破，国产第二代脑起搏器的使用寿命可以达到10年以上，患者负担的费用则相比以前降低了60%。
【有删节，原作者；南方日报 王腾腾】
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