国家科学技术进步奖一等奖 解救大脑的电波:李
来源:家长网 发表于2019-07-09 08:21:50 编辑:郭富城
摘要: 记者 李婧 (点击图片观看视频) 国家科学技能一等奖 脑起搏器关键技能、系统与临床使用 首要完结人:李路明、张建国、郝红伟、马伯志、姜长青、文宏伟

  记者 李婧

  (点击图片观看视频)

  国家科学技能一等奖

  脑起搏器关键技能、系统与临床使用

  首要完结人:李路明、张建国、郝红伟、马伯志、姜长青、文宏伟、郭毅、余新光、孟凡刚、凌至培、王伟明、胡春华、张凯、加福民、刘方军

  首要完结单位:清华大学,首都医科大学隶属北京天坛医院,我国医学科学院北京协和医院,我国公民解放军总医院,北京品驰医疗设备有限公司

  你能幻想这样奇特的一幕吗?一位帕金森病晚期患者,在植入脑起搏器后,只需翻开遥控开关,身体马上中止震颤并能够自若行走。这便是清华大学航天航空学院李路明团队 脑起搏器关键技能、系统与临床使用 项目为患者完结的医治 魔法 。

  经过18年不懈努力,李路明团队自主打破中心技能,打破美国独家独占,霸占了多项世界难题,创始了我国有源植入医疗器械逾越进口的先河,成为近20年该范畴完结领跑的成功典范。

  李路明团队在颁奖现场

  1月8日上午,李路明代表团队在公民大会堂领取了国家科学技能进步奖一等奖证书。

  ?在 一张白纸 上制作有源植入医疗器械新格局

  提起帕金森病,数学家陈景润、拳王阿里等都曾受其摧残,能够说这是一种为常见的 老年病 。据统计,帕金森病在60岁以上的人口中发病率高达1%,我国帕金森病患者现已超越200万。由于现在尚无彻底治愈办法,长时刻服药的帕金森病患者,药物效果会逐步下降,并发生开关现象、剂末现象、异动症等并发症。这时候,脑起搏器便成为万千患者的仅有期望。

  脑起搏器经过植入电极直接影响大脑的核团

  脑起搏器是脑深部电影响疗法(DBS)的俗称,这种直接作用于神经中枢的人工设备,经过埋植于胸前的脉冲发生器向植入在大脑特定靶点的电极发放弱电脉冲,影响脑内操控运动的相关神经核团,按捺引起帕金森病症状的反常脑神经信号,然后消除因帕金森病导致的运动失能,并减轻服用药物发生的运动症状动摇和异动,成为药物 蜜月期 完毕后首选的医治办法。可是多年来,脑起搏器由美国一家公司独占,成为临床上价格昂贵的高值耗材之一,让许多患者望而生畏。

  在近10年的研制攻关后,2009年11月,首例清华脑起搏器医治帕金森病临床试验手术成功完结。

  这枚分量仅为37克的脑起搏器,由58种加工办法、182套制作模具、406个工艺包、891套工装卡具、1821种物料器材和3000份以上操控文件凝聚而成,在近乎 一张白纸 情况的有源植入医疗器械范畴开辟了 我国制作 的地图。

  尔后的全部,都水到渠成起来。

  2019年,由清华大学掌管、北京品驰医疗设备有限公司和北京天坛医院参与共建的神经调控技能国家工程试验室树立,推进医工交融、自主研制。

  2019年,清华脑起搏器取得CFDA颁布的注册证,到现在为止构成了包含单通道、双通道、双通道可充电在内的系列化脑起搏器产品,共有6个三类医疗器械注册证和4个二类医疗器械注册证,在全国近200家医院完结超越1.2万例次植入,2019年国内植入占比达60%,平均为每位患者节约10万元,近三年节支超越4亿元。

  2019年全系列脑起搏器取得威望CE认证后, 清华牌 脑起搏器沿 一带一路 走出国门,2019年在巴基斯坦、孟加拉和印度尼西亚等国完结临床植入,2019年在英国完结植入,成功进入欧洲发达国家商场。

  到现在为止,具有彻底自主知识产权的清华脑起搏器项目取得97项国内外授权专利,荣获5项国内外创造金奖、最佳奖、特别奖。宣布论文115篇,其间SCI检索43篇,EI检索50篇。?

  ?应临床需求之 托付 开端攻关

  作为一名航天航空学院的教授,李路明将研讨方向定坐落脑起搏器的研制和使用,还颇有点 受人之托 的意味。

  时刻回到2000年。在清华大学和北京天坛医院的学科交流中,北京天坛医院的王忠实院士向李路明提出了研制建议,期望研讨有严重的临床、经济和科学价值的脑起搏器。以临床需求为关键,李路明一向以来对医学的研讨爱好被再次点着。 我自身的专业与航天医疗配备相关,也一向想做能实在处理人类需求问题的科研,加之身边亲人的身体情况,没有不应战的理由。并且错失黄金时刻,或许再也没或许做成了。 李路明进一步解说,自己喜爱做 不拥堵 的研讨,去完结一项兼具学术和临床价值的 实实在在能留一点东西的科研 。

  面对被誉为神经外科医疗器械的 大飞机 的脑起搏器,李路明开端考虑这条没有先例可循的路途该怎么走下去。以 工科化 的知道办法,他首先从逻辑上理清了可行性路途。

  最重要的是安全牢靠性。 假如咱们的亲人需求,不考虑经济要素,你会挑选自己研制的产品吗? 李路明从头到尾都在着重,安全牢靠是全部的条件,也能够说是航天范畴身世的团队得天独厚的优势。

  最大的应战是制作。 这个年代,从发现到使用的间隔空前缩短,这对产品制作提出了很大的应战。 对李路明而言,处理问题的两个有用办法,一是发挥 不试验、不信任 的航天研讨精力,用现实推进;二则是充沛利用清华多学科穿插交融的渠道,与资料、机械、医学等不同学科布景的学者充沛交流,并打造一支多学科布景的研讨团队。

  研制团队研讨技能问题

  最可行的途径则是分三步走。李路明回想起其时的心路历程:首先要盯梢国外最先进技能,在技能指标上达到临床可信的水平;二要安身我国国情,站在患者的视点看问题,充沛考虑安全、本钱和术后的人文关心;三要表现大学的研讨价值,在商业维度之外构成立异源头,把穿插研讨、学生培育和治病救人有机整合。

  沿着既定路途坚决走下去,李路明说: 介意想不到的当地完结严重开展,自身便是科研的魅力之一。 ?

  在 一穷二白 的范畴处理世界性难题

  李路明团队的研讨目标,是高度精细和杂乱的人脑。脑起搏器的电极需长时刻植入大脑深部,并承受植入于胸前皮下的脉冲发生器输出的脉冲电流对大脑进行继续影响,这对植入系统提出了严苛的安全、牢靠和安稳性要求。而国外技能独占加之我国高端医疗工业根底薄弱的限制,更使这一使命难上加难。

  十几年曩昔,团队的成果单里写下了一系列原创性的理论、办法和技能打破,针对临床中面对的世界性技能难题,为患者供给 稳步态、零灼伤、无开裂、异地程控 的清华脑起搏器。

  全球首个质保10年可体外充电的变频脑起搏器系统

  临床标明,90%以上的晚期帕金森病患者存在步态妨碍。面对长时刻困扰,李路明团队勇于打破荣获2019年拉斯克奖的恒频影响范式,创造性提出针对多病态节律选用不同对应频率、分时组合的原创性 变频影响 办法,初次完结了帕金森病运动与步态妨碍的同步医治。能够显着改进患者步态的变频影响疗法已被归入中美专家一起署名的帕金森病专家一致,来自美国、英国等全球37位脑调控威望专家联名宣布文章以为 这是最新的医治开展 。

  除了杰出的安全性和有用性之外,李路明团队还期望进一步打造清华脑起搏器的 患者友好性 。 信任大部分我国患者更倾向于只进行一次手术,然后依托体外充电的医治形式,这不只能够防止每隔几年手术替换脉冲发生器带给患者的苦楚,并且能够大幅下降医疗担负。 李路明介绍。但涡流发热或许带来体内灼伤危险,国外的相似产品就曾因灼烧导致大面积召回,面对和谐充电速率和安全的世界难题,团队创造了分形涡流按捺、双闭环操控等技能,初次将高速充电下的温升操控在2度以内。和国外的技能比较,团队产品充电功率提高了3.8倍,现在安全充电20万次以上,并在全球初次完结脑起搏器10年以上的质保寿数。

  安全充电

  更需求防止的还有电极开裂问题。植入人脑的电极在术后使用进程中存在1%-5%的开裂率,一旦开裂,就需从头开颅手术。但这一对患者而言的灾难性问题在机理和处理办法上却一向悬而未决。为提醒颅脑电极疲惫开裂机制,李路明团队研制仿真疲惫试验机,初次发现导线拉伸变形使疲惫寿数成指数下降的规则,并依据开裂原因,在网状强化新结构的根底上创造了骨槽固定新术式,根绝头颈运动拉伸的开裂本源。在选用这些技能改进之后,没有呈现过开裂事端。

  植入术后,患者需依据病况,定时回来医院程控,由主治医师调整优化影响参数,旅途劳顿对偏远地区的患者及家庭是沉重的经济和精力担负。为此,李路明团队树立了长途程控系统,患者在当地医院,经过互联网技能与长途的主治医师树立音频、视频和数据链接,完结异地的长途程控,将术后返诊经济担负削减90%以上,进而以该技能为中心树立了分级医治系统,促进帕金森病的规范化医治。长途程控技能现已归入我国帕金森病脑起搏器术后程控专家一致,布置于20家大医院,200家当地医院,累计程控患者超越3000人次,并完结了对新加坡、西班牙等地患者的跨国程控。经过项目的推进,脑起搏器手术医院和医师增加了20多倍,并为印尼、新加坡、巴西等9国训练医师,完结了我国医治范式的海外推行。

  集成电路、封装工艺、嵌入式软件、牢靠性测验、焊接、生物相容性资料、无线通信、电磁场、神经形象、神经电生理等等,团队成员充沛各自拿手的专业技能,构成合力,自主规划研制了系列脑起搏器系统,包含植入体内的脉冲发生器、延伸导线和电极,以及医师程控仪、体外充电器、测验影响器、患者操控器等体外设备,构建起研制制作脑起搏器的关键技能、工程制作和临床使用三大系统,用分量更轻、寿数更长、性价比更高的引领性产品,使患者得到了更有用、更安全、更牢靠、更便当的临床医治。

  ?用研讨价值缩短困难的鸿沟

  面向临床需求展开旨在走出试验室的科学研讨,面对患者供给不容犯错的处理方案,其间的困难可想而知。但当被问到形象最深的壁垒时,李路明提及更多的却是感恩,感恩校园的支撑,感恩团队的帮忙协作,感恩这个年代,一起完结了一项有价值的研讨。

  当然,在只言片语中,咱们依然能感触成果的来之不易。

  初始成员大多为工科身世的团队,为了补偿临床方面的短缺,自动和要求最严厉的医院及医师协作,并屡次到现场观摩手术。长时刻的动物植入试验,也呈现过产品在兔子体内密封欠安、山公术后呈现副作用等意想不到的变数,更不用说技能打破路上那些掉进数据浩瀚中的不成功事例。

  李路明还记得,研制的教师们在医院一起参与榜首例患者植入后的开机程控,当跟着影响电压的慢慢提高,患者震颤的手臂猛然停止下来时,咱们都激动得泪如泉涌。

  2009年,天坛医院王忠实院士指导下的榜首例患者植入

  可是,困难的鸿沟远远超出了大学试验室技能打破的范畴。

  

  博士后加福民2019年就参加团队,从触摸临床试验的第4例患者开端,殷切体会了 顶天立地 的研讨必需求面对的应战。短时刻内需求霸占 没人做过的 变频影响等难题本便是不小的压力,但名贵的时刻,还需分配到医师、患者和企业的多方交流上。其时的加福民,不只需求自动寻觅情投意合且能够并肩作战的协作伙伴,还需求承当与临床试验患者交流的职责。 作为直接联系人,我深信咱们仔细做出的产品安全安稳,但毕竟是榜首次临床试验,所以我也很了解患者们植入后的忐忑的心境。其时的确发生过许多意想不到的情况,清晨5点,或许有患者打进电话奉告复诊需求;晚上12点,会有患者由于缺乏经验进行电话咨询;每天24小时,在跟台手术和程控管理上,几乎没有松懈下来过。

  怎么 撑曩昔 ?彼时仍是一名博士生的加福民与李路明教师谈过心,得到过鞭笞,但更重要的,仍是看到患者显着改进的决心和成就感。 我是医学专业身世的,我对这份作业和团队的文明十分认可,据守立异路上的安全与职责,就像我的姓名,‘加福民’,加福于公民。

  ?在更有应战的渠道上扩展价值

  现在,李路明领导的脑调控立异团队有近30名师生,大部分成员均为国内生长起来的年轻人,具有航天、生物医学、机械、自动化、计算机等不同学科布景。他们其间,有沿着机制原理深化研讨的据守者,也有开阔视野、扩展适应症的探路人。

  团队研讨

  博士生陈玥便是沿着机制原理进发的一员。几年来,她与同学们在试验室教师的支撑下长时刻随访14位脑起搏器术后患者的脑电信号,结合杂乱的行为进程描写人脑活动,一起完结了深部脑电收集,集成了稀有且完好的数据。她介绍道,由于只要清华脑起搏器具有影响时同步收集的功用,这是现在世界上体量最大的深部脑电数据,而试验室,则预备将捕捉到脑深部信号的 走运 数据,收拾上传于全球同享的数据库。 人多力量大 ,陈玥说,期望来自我国的稀有数据招引世界研讨热心,一起推进机制原理问题的处理。

  协作共赢的理念由来已久,2019年,试验室即联合《科学》杂志建立全球首个神经调控学术奖 Science-PINS Prize for Neuromodulation ,推进范畴的全球技能进步。

  为神经调控范畴的研讨供给支撑,李路明和团队还有愈加宽广的远景想象。 根底和工程是两个发动机 ,李路明说,团队将做好工程技能研制与完善,一起也期望在新疗法方面下功夫,构成对科学问题愈加深化的知道。

  脑起搏器到现在现已能够用来医治帕金森病、特发性震颤、肌张力妨碍、强迫症、癫痫等一系列疾病,而全世界范围内更是有脑起搏器针对39种病的400多个临床试验在展开,脑起搏器未来的开展和使用远景宽广。 咱们一直对科学怀有敬畏之心,把患者放在榜首位,等待经过咱们自己的作业,将脑起搏器打造成一个大脑疾病研讨的利器,一起能够处理更多的临床问题,为相关疾病的患者谋福。 李路明说。

  这个团队的方向,正如李路明办公室墙壁上挂着四个简略而坚决的大字 天天向上 。

  (1月10日电)

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