現(xiàn)有的非侵入式神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，雖然規(guī)避了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，但存在兩個(gè)明顯短板：一是空間精準(zhǔn)度不夠，二是很難刺激到大腦深部區(qū)域。而需要開顱的深部腦刺激雖然能作用到深層，但手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、操作復(fù)雜。

科學(xué)家開發(fā)出了一種新型無創(chuàng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)——經(jīng)顱聚焦超聲刺激（tFUS）。tFUS利用超聲波安全穿透顱骨，以毫米級精度精準(zhǔn)調(diào)控大腦深部；既避免了傳統(tǒng)非侵入式刺激的深度限制，又無需開顱手術(shù)，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了更安全、更精準(zhǔn)的全新選擇。

超聲技術(shù)早已廣泛應(yīng)用于軍事、航天航空以及精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域，最大的特點(diǎn)就是高精準(zhǔn)性和能量可控性。超聲波抵達(dá)腦內(nèi)利用機(jī)械效應(yīng)短暫地打開神經(jīng)元上的機(jī)械敏感離子通道，從而影響神經(jīng)電生理活動，產(chǎn)生神經(jīng)調(diào)控的效果；tFUS還可能通過熱效應(yīng)或空化效應(yīng)（液體微泡爆破效應(yīng)）影響腦內(nèi)的一系列復(fù)雜神經(jīng)生化過程。這是一條區(qū)別于過去電/磁刺激直接影響腦內(nèi)電活動的神經(jīng)調(diào)控途徑，這意味著tFUS具備電/磁兼容的天然優(yōu)勢，為閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控、多模態(tài)調(diào)控（聲-磁聯(lián)用、聲-電聯(lián)用）、以及tFUS-核磁顯影創(chuàng)造了前提條件。

圖1 聚焦超聲的神經(jīng)調(diào)控機(jī)理

目前國際上tFUS被應(yīng)用于前沿疾病治療以及精準(zhǔn)腦調(diào)控。tFUS彌補(bǔ)了過去非侵入神經(jīng)調(diào)控手段無法直接針對深層病灶進(jìn)行刺激的短板，正逐漸成為帕金森、阿爾茲海默癥、癲癇的前沿治療手段之一。同時(shí)tFUS也被應(yīng)用于傳統(tǒng)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)覆蓋的疾病，包括抑郁癥、精神分裂癥等，用以探索更低感、更精準(zhǔn)的替代治療方法。

除此之外，一些腦科學(xué)家利用tFUS“深部毫米級聚焦”的特點(diǎn)正在開展一系列深部小核團(tuán)功能作用的研究，包括海馬、丘腦、杏仁核、基底節(jié)等。這些核團(tuán)距離頭皮表面可達(dá)5至8cm，常規(guī)的非侵入式技術(shù)很難精準(zhǔn)刺激到。

可以說，tFUS為進(jìn)一步在體研究大腦功能提供了了一種全新的、十分具有前景的腦科學(xué)研究手段；并且將為各類與深部核團(tuán)相關(guān)疾病的治療創(chuàng)造新療法的土壤。

圖2 聚焦超聲原理示意圖

作為一項(xiàng)全新的技術(shù)，其安全性受到極大的關(guān)注。tFUS的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)主要來自于超聲波的熱效應(yīng)與空化效應(yīng)。目前應(yīng)用于神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域的tFUS往往采用較低強(qiáng)度，通常而言，其熱效應(yīng)與空化效應(yīng)所產(chǎn)生的不良反應(yīng)很微弱，幾乎可以忽略不計(jì)。國際上有一項(xiàng)研究對這類低強(qiáng)度的tFUS臨床應(yīng)用的不良反應(yīng)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)tFUS的不良反應(yīng)報(bào)告率遠(yuǎn)低于經(jīng)顱磁和經(jīng)顱電刺激，僅3.4%的使用者報(bào)告了輕度的不適。當(dāng)然，未來需要進(jìn)一步探究tFUS的使用邊界，形成安全使用規(guī)范指南。

tFUS的精準(zhǔn)性和有效性十分依賴超聲探頭的設(shè)計(jì)以及對于超聲波激發(fā)的精確控制。目前國際主流的tFUS探頭設(shè)計(jì)叫做相控陣聚焦技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，能夠利用幾十甚至上百個(gè)小型超聲換能器組成的超聲陣列進(jìn)行數(shù)字化精準(zhǔn)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)超聲波“指哪打哪”——不僅可以控制超聲聚焦位置的深淺，還可以讓超聲聚焦部位進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。

圖3 相控陣3D調(diào)焦仿真效果示意圖

利用相控陣聚集技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)動態(tài)調(diào)焦。

圖4 多靶點(diǎn)調(diào)焦

這項(xiàng)技術(shù)極大的拓展了tFUS的靈活性和精準(zhǔn)性。目前依瑞德生產(chǎn)的第一代tFUS設(shè)備具備128陣元的相控陣聚焦能力，在tFUS神經(jīng)調(diào)控設(shè)備領(lǐng)域處于國內(nèi)一流水平。

圖5 依瑞德螺旋陣相控偏轉(zhuǎn)演示效果

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