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先进医疗器械到位 机器人辅助完成大脑电极植入手术
2020-01-22        发布者:首宏医疗控股集团

近日,浙江大学对外宣布该校“双脑计划”最新科研成果:该校求是高等研究院“脑机接口”团队与浙江大学医学院附属第二医院神经外科合作完成国内首例植入式脑机接口临床研究,患者可以利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂与机械手实现三维空间运动,这也是首次证明高龄患者利用植入式脑机接口进行复杂而有效的运动控制是可行的。

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所谓脑机接口,就是在大脑和假肢等外部设备之间建立一条直接传输大脑指令的通道,在脊髓及运动神经通路损坏但大脑皮层功能尚健全的情况下,让脑部的信号通过计算机解读,直接控制外部设备。

据相关报道,此次植入式脑机接口临床研究针对的是国内一位70多岁高龄的高位截瘫患者,研究团队通过手术将Utah阵列电极植入患者控制右侧上肢运动的运动神经皮层的第5层(共6层),该阵列电极仅有4mm*4mm大小,上面分布着100个电极针脚,每一个针脚都能够检测到1个甚至多个神经元细胞放电。

为了避免误差,团队还在手术过程中采用了步进为0.1mm的手术机器人,这也让该手术成为全球首例成功利用手术机器人辅助方式完成的电极植入手术。

电极的另一端连接的是一台计算机,后者内置了鲁棒在线解码器与反馈式学习系统,能够实时记录大脑的神经信号,并转化为机械臂的动作指令,最终形成一个“双向互适应的闭环脑机接口系统”。

另外值得注意的是,此前国外进行的植入式脑机接口的对象均是中青年患者,而上述患者已经超过70岁,在全球信号采集、解码等分析手段缺失的前提下,他的脑电信号质量与稳定性也要差一些,给研究更增添了难度。

为此,在国外几套线性算法的效果不如人意后,团队引入非线性、神经网络算法,针对该患者设计了一套个性化解决方案。经历4个月循序渐进的训练,这位70多岁的患者成功用意念控制机械手臂的三维运动,完成进食、饮水和握手等一系列上肢重要功能运动。

在浙大二院发布的视频中,上述患者的床位边立着机械手臂,工作人员把一个盛着油条的杯子,放在机械手的旁边,患者用“意念”让机械手对准位置,张开手指,握住杯子,看着机械臂带着杯子往嘴边挪,并调整杯口的角度,最终吃到了油条。此外,患者还成功实现了用意念控制机械臂喝可乐、打麻将。

得益于研究的成功,该患者也成为目前全球范围内,成功利用植入式脑机接口技术实现肢体动作功能重建的最高龄患者,“相对于中青年患者,老年患者的脑电信号质量与稳定性都要差些,我们设计的非线性解码器更能‘读懂’老年人的心思,能够帮助患者更好地在反馈式学习中掌握如何操控机械臂与机械手。”浙江大学求是高等研究院教授王跃思表示。

事实上,早在2012年,浙江大学团队就在猴子脑中植入微电极阵列,运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号,使猴子能通过自身“意念”直接控制外部机械手臂。2014年,浙江大学团队在人脑内植入皮层脑电微电极,实现“意念”控制机械手完成高难度的“石头、剪刀、布”手指运动,创造了当时的国内第一。

有专家表示,高位截瘫、肌萎缩侧索硬化、闭锁综合征等重度运动功能障碍患者有望应用植入式脑机接口技术并借助外部设备重建肢体运动、语言等功能。这次在老龄志愿者身上成功完成脑机接口运动功能重建转化研究,将对未来的临床治疗和康复产生重要的指导意义。

首宏医疗控股集团认为,随着科技的进步,与我们息息相关的医疗器械会越来越先进,医疗器械行业市场前景也会越来越广阔。


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