2026年04月01日发布 | 399阅读

【中国声音】宣武医院神经外科张鸿祺、马永杰团队《STROKE》发表基于血管内支架电极用于绵羊长期颅内脑电监测

苏新

首都医科大学宣武医院

庞荟深

首都医科大学宣武医院

张鸿祺

首都医科大学宣武医院

马永杰

首都医科大学宣武医院

达人收藏

首都医科大学宣武医院神经外科张鸿祺教授、马永杰副教授团队与相关研发企业联合开展的基于血管内支架电极用于绵羊长期颅内脑电监测:一项初步研究,于2026年3月在《STROKE》(2025 IF: 8.9,中科院1区Top期刊,JCR Q1区)以"Stent-Based Electrode for Long-Term Intracranial EEG Recording in Sheep: A Preliminary Study"为题公布其初步研究结果。本研究的初步结果验证了血管内支架电极探测脑电信号的可行性,为血管内介入式脑机接口的进一步研发与优化奠定了技术基础。

关键词:血管内脑机接口、卒中后运动功能重建

01

研究背景

脑机接口技术近年来在卒中后运动功能重建、运动神经元疾病以及重度瘫痪患者辅助控制领域展现出重要临床转化前景。传统的侵入式脑机接口通常依赖开颅手术植入皮层电极阵列,以获取高保真的神经信号。然而,开颅操作创伤较大,存在感染、出血及长期稳定性受限等问题,限制了其广泛临床应用。相较之下,血管内脑机接口作为一种新兴的微创技术路径,通过神经介入方式将电极系统经静脉通路植入脑静脉窦或皮层静脉内,从血管腔内实现对皮层神经活动的记录。这种方式避免了开颅手术,理论上可显著降低手术风险,同时具备长期植入与稳定记录的潜在优势。既往研究已证明,基于支架结构的“Stentrode”电极阵列可通过血管内途径实现对皮层神经活动的慢性记录,并在动物实验及初步临床研究中展现出可行性。然而,目前关于血管内支架电极在大动物模型中长期稳定记录脑电信号的系统研究仍然有限,尤其是在自由活动状态下神经信号质量、频谱特征以及长期植入安全性方面,仍缺乏充分数据支持。因此,有必要在大动物模型中进一步验证该技术的可行性、信号质量及长期稳定性,为未来血管内介入式脑机接口的临床应用奠定基础。基于此,本研究构建了一种基于支架结构的血管内电极系统,通过经静脉途径将电极植入绵羊上矢状窦区域,实现对运动皮层脑电信号的长期记录,并对其信号质量及长期安全性进行了初步评估。

02

研究方法

本研究选取1只2岁雌性美利奴绵羊作为实验对象,在全身麻醉及严格无菌条件下进行血管内支架电极植入。经颈部外科切开暴露颈外静脉,采用Seldinger技术建立静脉通路并置入6F导管鞘,术中静脉推注肝素(150 U/kg)以预防血栓形成。在数字减影血管造影(DSA)及静脉路标引导下,微导丝与导管沿外颈静脉导航进入上矢状窦,完成目标血管定位。所用支架电极基于商用镍钛合金颅内支架,通过电阻焊方式固定8枚铂电极制成,根据血管直径选择3 mm×20 mm或4 mm×20 mm规格(北京泰杰伟业科技股份有限公司和深圳睿瀚医疗科技有限公司)。支架释放于上矢状窦前部、邻近运动皮层区域,术后即刻行造影确认血流通畅及电极位置稳定。电极导线经皮下隧道连接至植入式接收-发射单元,该装置置于颈部皮下囊袋内,通过无线遥测系统采集脑电信号。术后对动物进行长期随访,在自由活动状态下记录不同运动行为对应的脑电信号,并通过影像学及解剖学检查评估电极位置及长期安全性。

03

研究结果

支架电极成功经颈外静脉途径植入至上矢状窦前部区域,术后即刻数字减影血管造影显示血流通畅,无明显血管狭窄或血栓形成,电极位置稳定。动物术后存活超过180天,在随访期间可持续记录脑电信号。血管内记录的脑电信号在幅度分布方面与头皮脑电相当,部分电极表现出更高的峰值幅度;在频带宽度方面,血管内电极表现出更宽的有效频谱范围,对高频成分的保留能力优于头皮记录,且两种记录方式在信噪比方面总体相当。行为学比较显示,站立状态下脑电信号在0–5 Hz低频段功率明显增高,而行走状态下低频功率下降、频谱分布趋于平坦,提示该系统能够稳定区分不同运动行为相关的神经活动特征。随访造影未见电极移位。植入14个月后进行解剖学检查,支架仍稳定位于上矢状窦内,邻近运动皮层区域,未见明显结构异常。

图2.支架电极释放后的血管造影、信号采集质量比较及术后解剖定位。A,支架植入后的正位DSA(黑框标示;3 mm×20 mm)。B,同一电极对获得的头皮与血管内脑电信号特征比较。左图为头皮与血管内脑电信号的幅度分布。每个点代表一个独立记录位点,箱线图显示中位数及四分位距。血管内电极呈现更宽的幅度范围,部分记录显示较头皮脑电更高的峰值幅度。然而,两种记录方式在幅度分布上未见统计学显著差异。中图为头皮与血管内记录的频带宽度比较。血管内电极表现出更宽的有效频带范围,提示其对高频成分的保留能力优于头皮记录。两种记录方式之间存在统计学显著差异(P<0.05)。右图为头皮与血管内电极的信噪比比较。尽管两种方式的SNR均存在一定波动,但血管内记录在部分电极中保持了相当或更高的SNR值,说明其在血管腔内环境下仍具有稳定的信号质量。C,同一导联在站立与行走状态下的脑电特征比较。左侧为行为示意(左:站立;右:行走)及对应脑电分析结果。右上图为时频图。下方图为功率谱密度(基于120秒数据段计算),结果显示站立状态在0–5 Hz低频范围内功率显著升高,而行走状态低频功率降低,在较高频段呈现更为平坦的频谱分布。D,支架植入14个月后对绵羊进行安乐死并行解剖学检查。支架仍位于上矢状窦内(黑箭头),邻近额上回运动皮层区域(红框)。本研究所用头皮电极为GreenTek公司生产的商用盘状电极。

04

研究结论及临床意义

我们描述了一种颅内支架式电极阵列的开发,该阵列通过微创经静脉导管血管造影方式植入,从而在自由活动的绵羊体内实现长期神经信号记录。血管内神经接口在植入过程中无需开颅手术,并能够同时进入浅表及深部脑区。该微创支架式电极为未来血管内脑机接口的发展提供了一个具有前景的方向。



第一作者

苏新

首都医科大学宣武医院

2025级外科学(神经外科)专业型博士研究生

在Neurosurgery,Journal of Neurosurgery,Stroke,American Journal of Neuroradiology,Journal of Neurointerventional Surgery,Stroke and Vascular Neurology等杂志上以第一及共同第一作者发表SCI论文40余篇。获2024年研究生国家奖学金,2025年校级和市级优秀毕业生。Neuroradiology,Neurosurgical Review,Journal of Clinical Neuroscience杂志审稿人。


共同第一作者

庞荟深

首都医科大学宣武医院

神经外科 硕士

师从张鸿祺教授,目前主要进行硬膜动静脉瘘和血管内介入式脑机接口的相关研究。

通讯作者

张鸿祺

首都医科大学宣武医院

神经外科 主任医师 教授 博士生导师

现任首都医科大学宣武医院神经外科主任。目前中华医学会神经外科学分会第九届委员会副主任委员、中国医师协会神经介入专业委员会名誉主任委员、亚洲及大洋洲介入神经放射联合会(AAFITN)副主席等。《中国脑血管病杂志》《中国微侵袭神经外科杂志》编委、《JNIS》中文版主编。多年来,一直从事脑与脊髓血管病的外科和介入治疗,在脑动脉瘤、颅脑血管畸形、脊髓血管畸形等方面的临床和研究工作处于国内外领先水平。承担 “十三五”“十四五“国家重点研发专项、国家自然科学基金项目等各级科研课题20项,在《JAMA Neurology》《BRAIN》《Annals of Neurology》等学术期刊发表论著170余篇,曾获国家科技进步二等奖。


【出诊时间:周二晚(特需门诊)】


共同通讯作者

马永杰

首都医科大学宣武医院

神经外科 主任助理

副主任医师  副研究员  副教授

硕士生导师

目前担任中国医师协会神经介入专业委员会秘书,神经医学创新转化联盟秘书。主攻出血性脑血管病、脊髓血管疾病诊治与研究。主持国家重点研发计划战略性科技合作课题、北京市科技计划医药创新品种及平台培育项目、国家自然科学青年基金、北京市医管局培育项目、及国家卫健委青年科学家课题等多项课题研究,宣武医院神经外科脑血管病创新中心负责人,北京市医管中心青年创新工作室负责人,于《Stroke》、《Neurosurgery》、《Journal of Neurointerventional Surgery》、《Stroke and Vascular Neurology》、《Journal of Neurosurgery》、《Journal of Neuroinflammation》、《Spine》等杂志发表SCI文章50余篇,累计影响因子超150分,主译专著1部,参编著作3部,授权国家发明专利5项。


【出诊时间:周五上午(神经外科  专家门诊)】



END

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