“起搏”大脑！看技术如何不断更新换代，快而精准

人类大脑共有860亿个神经细胞，有超过100万亿个神经突触，它们组成了密集的神经网络，拥有着未知的神经功能，也产生了最为复杂的疾病——癫痫、帕金森、抽动秽语综合征等。

随着医学的进步，科学家尤其是神经外科医生不断攻克难关挑战生命禁区，为人类了解大脑打开了一扇扇窗。北京天坛医院功能神经外科主任张建国，就是打开窗户的人之一。

作为功能神经外科学术带头人，近三十年的神经外科生涯，张建国成功实施了8000余例神经外科手术。牵头首个国产脑起搏器和迷走神经刺激器的临床试验、创新神经调控技术和实践、合作研发国产手术机器人并成功上市……他给很多身陷脑功能性疾病的患者带来了希望。

摘取“皇冠上的明珠”

帕金森病，一种常见的老年慢性病，患病初期表现为手、足节律性的震颤和行动迟缓；5年至15年后，就会逐渐丧失活动能力。在我国，饱受帕金森折磨的老人超过300万。

对付帕金森病，药物是最常见的武器，但不断下降的药效和逐渐加剧的并发症往往让患者难以坚持。脑起搏器的出现改变了这一切，创造了医学史上神奇的一刻：一位帕金森病患者在植入脑起搏器后，只要打开遥控开关，身体可以立刻停止震颤并行走自如。

通过埋植在胸前的刺激器，脑起搏器可以向植入大脑特定靶点的电极发送电脉冲，脉冲能抑制大脑的过度兴奋状态，抑制引起帕金森病症状的异常脑神经信号。一枚重量不到50克的脑起搏器，是人类攻克帕金森病、癫痫、药物依赖等脑部疾病的一把利器，在医疗器械领域被誉为“皇冠上的明珠”。

但在很长一段时间里，这颗“明珠”一直被美国垄断，仅安装成本就高达二三十万元，国内能用得上用得起这个先进技术的患者很少。

2000年，中国神经外科事业开创者、中国工程院院士王忠诚提出了研发倡议——希望中国人能用上自己的脑起搏器。2003年，神经调控技术国家工程实验室正式启动脑起搏器研究，由清华大学负责技术研究和产品研发，而作为王忠诚院士的学生，张建国则承担起了动物实验和临床试验的重任。

2005年，张建国牵头做起了国产脑起搏器的动物实验。“刚开始，我们将猴子做成偏侧帕金森模型，再把机器植入进去，以验证机器对症状的改善程度。但是猴子不听话，用正常的一侧爪子一把就把机器给抓出来了。”张建国对最初的实验场景记忆犹新。

脑起搏器的电极需长期植入大脑深部，并接收来自胸前皮下脉冲发生器输出的脉冲电流，这对植入系统的安全可靠和稳定性提出了苛刻的要求。家兔、猪、恒河猴，实验对象不断切换；电刺激、遥测程控、电极阻抗，一个个技术环节被突破。模型越来越成熟，国产脑起搏器呼之欲出。

历史的瞬间定格在2009年11月26日，北京天坛医院迎来了第一例国产脑起搏器的临床试验手术。接受首例手术的患者赵先生术前已有8年帕金森病史，出现了手脚抖动、面部表情僵硬等症状。钻孔、定位、电极植入……张建国将我国自主研制的脑起搏器第一次植入了患者脑内。随着刺激电压的缓慢提升，患者震颤的手臂静止下来，手术现场所有人都激动不已。首个国产脑起搏器终于问世！这枚重量仅为37克的脑起搏器，在有源植入医疗器械领域开拓了“中国制造”的版图。“中国成为全球第二个掌握脑起搏器技术的国家。”对此，张建国充满自豪。

但从无到有，还远远不够。

国际原有产品采用高频刺激模式，而中国研发了全球首个具有变频刺激功能的脑起搏器，可对大脑核团实施高、低频交替的电刺激，针对不同症状使用不同组合；传统的电极固定方法易造成电极断裂，断裂后需重新手术，中国研发团队提出新的手术范式，把电极固定在颅骨骨槽里，解决了这一国际难题；国外脑起搏器仅能兼容1.5T磁共振，这意味着脑起搏器植入后，患者不能进行场强更高、更清晰的3T磁共振检查，但中国做出了全球首个3T磁共振兼容设备；原有起搏器充电会有涡流效应，升温过高会灼伤患者，中国研究人员做出特殊金属涂层，力争实现“零灼伤”……

中国患者感受更深的是脑起搏器的价格。打破国际垄断后，病人的医疗费可以节省数万元。从1998年至2009年，中国只有2012位患者安装了进口脑起搏器。产品国产化后，15000多例次患者得到了治疗，全国能开展脑起搏器植入术的医院从60家增加到270家。技术上的创新，价格的亲民，使得中国研发生产的脑起搏器获得国际认可并取得欧盟CE认证，推开了国际市场的大门。

2019年1月9日，在人民大会堂举行的国家科学技术奖励大会上，由清华大学、北京天坛医院等机构合作完成的“脑起搏器关键技术、系统与临床应用”项目荣获2018年度国家科学技术进步奖一等奖。

至今，逢年过节，张建国仍然会收到赵先生的问候。这位首例国产脑起搏器植入患者，仍保持着较好的生活状态。变频刺激技术、高场强磁共振兼容技术、远程程控技术、骨槽电极固定术、可记录深部脑电技术，这些创新技术固然能给医者带来名望，但来自患者的深情问候，却是作为一名医者最大的荣耀。

百分百“命中靶心”

国产脑起搏器是张建国团队送给中国功能神经外科的一份厚礼，但更让他倾注心力的，还是自入行起就关注的领域——癫痫。

患者多达900万，每年新增约40万。在中国，癫痫已成为仅次于头痛的第二大神经科常见病。而其中，35.4%的患者在接受着不正规的治疗，这是中国癫痫患者的现状，也是张建国的“心病”。

突然袭来的抽搐、扭动，会击垮癫痫患者最后一道心理防线。治，就能够重返社会，获得正常的生活和工作；不治，只能承受巨大的痛苦。为此，张建国探索了近20年，专注于以脑深部核团电刺激、迷走神经刺激为代表的神经调控技术，成为当之无愧的开拓者和领头人。

过去，癫痫病人大多依靠药物治疗，通过影响中枢神经元或提高正常脑组织的兴奋阀，减弱病灶的兴奋扩散。但长期服用癫痫药物，对人的记忆力、运动速度等都有影响。因此，很多癫痫患者会私下给自己配药、减药。

外科手术治疗，为难治性癫痫患者带来了新的希望。而手术治疗的关键，在于寻找致痫灶，精准定位。致痫灶，就是导致癫痫病发作的异常的结构性病灶，比如大脑中出现肿瘤、发育不良，都可以归结为致痫灶。它会使得周围的大脑皮层兴奋性增高，导致异常放电，如果是持续性放电，就会引起癫痫发作。

精准定位致痫灶，然后进行切除性手术，是癫痫手术的主流术式。但定位致痫灶是一件极具风险的事情，每一步都有着不确定性。有些癫痫病人病灶很多，没有办法发现每一处癫痫病灶的具体位置。如果病灶位于重要的脑部功能区，手术可能会出现严重的并发症，比如偏瘫或者失语等，为此不少患者只能选择放弃。

如果将癫痫手术比喻成一场打靶比赛，致痫灶是靶心，那么张建国要做的，就是要找到一把百分百打中靶心的枪！

很快，这把“枪”找到了，名字叫立体脑电技术。这项技术是目前判定癫痫致痫灶部位的重要手段，特别适用于那些致痫灶不太精确或靠近功能区的患者。它的原理是，通过立体定向技术，将直径为0.8毫米的电极置入脑内来研究癫痫患者的脑内放电情况，从而定位致痫灶，指导接下来的手术切除方案。

这是整个功能神经外科定位精度要求最高的手术。放置电极前，需要结合脑电图检查、症状学、核磁共振检查等，由多学科团队为患者制定专属的电极计划。大脑表面和深部有无数根血管，而设计的电极需要尽量回避——不能刺破血管，也不能因为躲避血管而远离病灶。一些常用的神经核团，比如杏仁核只有花生仁大小，每个人都有不同，这就需要丰富的临床经验来根据影像特点模拟定位，再根据电生理检测结果做出微调，以确保电极植入位置的准确性。否则，差之毫厘，谬以千里。

丰富的临床经验，让张建国在几分钟之内就能完成这个“命中靶心”的过程，全球最著名的蒙特利尔神经研究所的专家在观摩了张建国的手术后都不禁发出惊叹：“天哪，怎么可以这么快？！”

国产脑起搏器的研发经历，让张建国深刻体会到了医学科技的重要性，“人再快，总会有失误的时候，而在神经上动刀，容不得半点儿闪失！”2018年7月17日，张建国的又一心血之作——国产手术机器人，辅助完成了我国首例双侧立体电极植入手术。

接受治疗的是一位39岁的患者，癫痫发作时双侧震颤显著。手术开始后，先是通过光学跟踪定位仪识别标志物，将医学影像、机器人和患者纳入同一坐标系；随后，医生将监测电极安装在微推装置上，每进入0.5毫米检测一次患者电生理信号。突然，屏幕上信号发生图形变化，电极监测到患者震颤节律，继续沿通道前进，直至震颤节律消失，有效长度显示为6.5毫米。

短短几秒，定位成功！

而在这几秒钟背后，却凝聚了整个团队的努力和心血。目前，国产机器人已能够达到毫米级精度，能够在真正意义上参加脑起搏器和立体脑电技术手术的操作。“国产手术机器人能够贴近中国实际的临床需求，不断做出技术改进，这是我们最大的底气。”得益于手术机器人定位技术，张建国所在的科室，每年完成癫痫手术400多例，一年随访无发作率高达80%以上，手术数量和质量均居国内领先地位。针对发病率较高的颞叶癫痫，手术根治率更是可以达到80%以上。

如今，科技的进步，让张建国有了更多的选择，他还将一种全新的无创治疗方式引入癫痫治疗中——迷走神经刺激术。

迷走神经是一个自主的神经，在颈部做一个切口，找到这个神经，用一个电极缠在神经上，刺激器放电刺激神经，再传导到大脑，就能控制大脑神经元的兴奋性，使其兴奋性降低。

相比于切除手术，迷走神经电刺激手术创伤小，不需开颅，手术简单。手术的过程只需要一个小时左右，哪怕是不熟练的医生，两个小时也能做完。更可贵的是，迷走神经刺激手术过程不涉及病灶精准定位，适应症选择相对宽泛。

在庞大的药物难治性癫痫患者中，至少有50%适合迷走神经刺激治疗。目前，全球已经有19万人接受了迷走神经刺激术的治疗，而国内接受治疗的患者还不到5000例，在可预见的未来，张建国牵头临床验证并上市的国产迷走神经刺激器将为更多的病人带来希望。“迷走神经刺激手术将成为治疗癫痫的重要术式，并将广泛应用于其他功能神经性疾病，比如抑郁症、意识障碍等。”对此，张建国信心满满。

病人是最好的老师

2020年，新冠疫情来袭，分布在全国各地的帕金森患者成了张建国最牵挂的人。来不了北京，当病情变化，如何给他们体内的脑起搏器做调试？苦心钻研五年的远程程控技术派上了用场。

起初，开发这个功能，初衷是让偏远地区的患者不用舟车劳顿进京，患者在当地医院，通过互联网技术与远程主治医生建立音频、视频和数据链接，就可以实现异地远程调控，此举让患者的经济负担减少了80%以上。无心插柳柳成荫，没想到这一功能在疫情中大放异彩。如今，远程程控技术已在全国20家大医院、200家地方医院应用，累计程控患者超过3000人次，并实现了对印尼、巴西、新加坡、西班牙等地患者的跨国程控。国产脑起搏器再一次名扬四海。

在临床中不断创新，用创新服务于病人，是张建国从导师身上学来的品质，他又以此不断影响着身边的人。

那还是1993年，张建国迎来了人生的重要转折点，前往同济医科大学攻读博士学位。在那里，他下定决心，选择了未来的研究方向：功能神经外科。做出这个决定并不容易，那时神经外科的医生极少，因为死亡率太高，作为医生往往非常沮丧。“在神经外科病房实习时，每天看到的病人，不是插管就是需要抢救，死亡率致残率极高，令人震撼。”张建国说。

很多人不愿意做神经外科，但导师李龄却是一个例外，“他把神经外科当成了一生的事业。”李龄教授是中国老一代神经外科专家，湖北省神经外科主要创始人之一，在张建国的记忆里，导师是一个地地道道的学者，没有任何社会交往，“桌面非常干净，永远只有一本书、一个笔记本和一支笔。”

手术室里，不少器械是导师自己琢磨出来的。每每看到国外论文上发表的新技术，导师就如获至宝，用来做癫痫手术的条状电极就这样被发明了出来。听到固定头部的支架需要进口，价格高达数千元，导师就自己设计，联系厂家生产。做完手术，现场所有的剪刀、镊子都被导师取走，回头一看，导师自己正在打磨呢。“你能想到吗？导师退休后还整天去实验室帮学生喂老鼠，做动物实验。”张建国感慨，导师苦于钻研、热衷为了病人而创新的精神激励着他，是他一生追随的榜样。

1996年进入北京天坛医院，1998年博士后出站，2000年张建国已经成长为功能神外专业负责人，成为当时天坛医院最年轻的神经外科病区主任。

医生的天职就是服务患者，减轻病人的痛苦，这是王忠诚院士最常说的一句话，张建国把它记在了心里，“病人是最好的老师，医生的本领都是从病人身上学到的，所以应该感谢病人，做一切事情前，先想想是否对病人有利。”

导师教给张建国的，他也正在传授给自己的学生。

不少年轻医生轻临床重科研，张建国毫不留情严厉批评，“不少科研成果费了很大周折，最后束之高阁，花了钱，却对临床没有任何意义，病人享受不到实实在在的好处。”

如今，张建国已过了知天命之年，但在他的“未来列表”中，目标还有很多。如果说，脑计划是人类探索银河系的望远镜，张建国希望，功能神经外科能够成为这架望远镜上那一枚最透亮、倍数最高的镜片。

来源 北京日报客户端 | 记者 杨绪军 和冠欣

编辑 王琼

流程编辑 刘伟利