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神奇的“脑起搏器”

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时间:2016-08-08  来源:文本大小:【 |  | 】  【打印

  近年来,一种被称为“深度脑刺激”(Deep brain stimulation, DBS)的技术受到越来越多人的关注。DBS技术是一种对大脑进行可逆性调控的手段,它通过手术将电极植入到大脑特定脑区,发送一定频率的电脉冲,对异常的大脑放电进行调控,从而达到改善或治疗疾病的目的。由于DBS的整个系统包括电极、脉冲发生器和导线,和心脏起搏器类似,因此DBS又被称为“脑起搏器”。

  今年年初,有多家媒体报道深圳市二医院为一名患有“音乐家手”病症的病人实施了“脑深部电刺激术”,患者边弹吉他边做脑部手术,引发网友热议。故事的主人公李先生是一名退休警察,20多年前,他在大学主修吉他,后因患上“局灶性肌张力障碍”, 不得不放下心爱的吉他。该病的症状是在重复一项平时极为熟练的动作时亦会肌肉僵硬,无法完成动作。由于这种疾病往往出现在演奏家身上,也被业内人士称为“音乐家杀手”。深圳市二医院的医生在了解他的病情后决定为其实施DBS手术,在他的左脑丘脑腹中间核埋入类似于脑起搏器的一根微电极,通过电刺激的方式来恢复病人的脑功能。手术“立竿见影”,在意识清醒的状态下,躺在手术台上的李先生惊喜地发现,他原本僵硬的右手手指变得灵活起来。

图1.李先生在手术中弹奏吉他

  对李先生采用的DBS手术,其过程相对比较复杂,主要可以分为两个步骤,一是确定靶点脑区的立体坐标,二是进行DBS手术。

  确定靶点的坐标需要在患者头部安装金属定向头架,固定好后,通过核磁共振技术对患者的大脑进行成像,得到头架的位置和患者的大脑三维结构图,再对图像进行一定的处理和计算就可以得到目标靶点的立体坐标,即电极放置的位置。DBS手术中使用的电极非常细,通常只有1.3毫米左右,细的电极可以尽量减少植入过程中对其他脑区的损伤,并且方便精确植入目标核团。

  模拟好电极插入的路径后,就可以开始进行手术了。首先对患者头部进行消毒和局部麻醉,用颅钻在颅骨上钻出硬币大小的小孔,将电极从小孔插入。为防止电极插入对大脑其它功能造成损害,在电极安放好后,医生会唤醒麻醉中的病人,进行效果测试,比如做一些简单的动作和计算等。测试过程中,患者随时反馈电刺激时的感受,通过不断地调整电极位置和刺激的强度,最终找到对症状改善最明显的刺激靶点和刺激强度。所以在李先生的手术过程中,当电极插入指定坐标后,医生将其从麻醉中唤醒,李先生需要在意识清醒的状态下弹奏吉他,以便和手术前拍摄的弹奏画面进行对比,查看改善效果,并确保手术没有影响大脑其他功能。

  如果测试中患者症状得到明显改善,就可以进行其他装置的植入了,主要包括将脉冲发生器植入锁骨附近皮下,脉冲发生器通过皮下导线与电极相连。手术后,病人自己通过程控仪可以监控电池的电量情况和开关状态,医生也可以对其进行远程随访,监控伤口愈合程度和治疗效果,同时也可以根据病人的病情和反应调整设置合适的刺激参数。

图2.模拟电极插入位点

  以上通过DBS技术对李先生的局部性肌张力障碍进行治疗是临床上DBS应用的一个非典型案例,在中国是第一例,世界第七例。目前临床上应用最广泛的是用DBS治疗中晚期帕金森病患者。

  帕金森病是一种常见的神经系统变性疾病,该病的患者运动功能失调,表现出震颤、肌强直、面具脸、短促步态等症状,平均发病年龄约60岁。15年前,我国的帕金森病患者就达到170万,55岁以上的人患病率约为1%,据估算,我国每年的新增患者达10万人之众。帕金森病病虽然无法治愈,但是通过积极治疗,可以很好的控制病情,改善患者生活质量。

  帕金森病是中脑黑质多巴胺能神经元的变性死亡导致的,临床上,早期帕金森病患者通过服用左旋多巴胺治疗。然而对部分患者而言,药物治疗的蜜月期很快就会过去,此时的最佳疗法是DBS。

  DBS控制帕金森病症状的效果已在世界范围内得到普遍证实,截至2013年,全世界已经有超过60000人接受了DBS治疗。

图3.帕金森病的典型症状

图4.DBS系统在体内植入位置

  除了治疗肌张力障碍和帕金森病,临床上还在尝试用DBS帮助脑损伤患者恢复意识。另外用DBS治疗精神障碍的研究也越来越多,比如抑郁症、强迫症、厌食症等,但是由于个体差异大、常伴有并发症等原因,手术治疗的效果还有待评估。

  与传统的永久性的不可调节和不可逆的大脑治疗方法(如灼烧和切除)相比,DBS技术实现了对大脑的可逆性调控,因此具有明显的优势。除了对大脑结构破坏小,可逆安全,DBS还可以随着病人病情的进展进行长期调控。但是DBS手术过程复杂,需要经验丰富的外科医生。有高血压、老年痴呆等并发症的患者通常也不建议进行DBS治疗。

  在发达国家,DBS已成为一种常规手术,但在我国由于手术费用昂贵,一台手术的全部费用在20-30万左右,让很多人望而却步,因此DBS往往是患者最后的“救命稻草”。

    (作者:中科院上海生命科学研究院神经科学研究所 蒋梦萍)

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