經顱聚焦超聲——無創、無感、毫米級深度聚焦的新型神經調控技術

現有的非侵入式神經調控技術，雖然規避了手術風險，但存在兩個明顯短板：一是空間精準度不夠，二是很難刺激到大腦深部區域。而需要開顱的深部腦刺激雖然能作用到深層，但手術風險高、操作復雜。

科學家開發出了一種新型無創神經調控技術——經顱聚焦超聲刺激（tFUS）。tFUS利用超聲波安全穿透顱骨，以毫米級精度精準調控大腦深部；既避免了傳統非侵入式刺激的深度限制，又無需開顱手術，為神經系統疾病的治療提供了更安全、更精準的全新選擇。

超聲技術早已廣泛應用于軍事、航天航空以及精準醫療領域，最大的特點就是高精準性和能量可控性。超聲波抵達腦內利用機械效應短暫地打開神經元上的機械敏感離子通道，從而影響神經電生理活動，產生神經調控的效果；tFUS還可能通過熱效應或空化效應（液體微泡爆破效應）影響腦內的一系列復雜神經生化過程。這是一條區別于過去電/磁刺激直接影響腦內電活動的神經調控途徑，這意味著tFUS具備電/磁兼容的天然優勢，為閉環神經調控、多模態調控（聲-磁聯用、聲-電聯用）、以及tFUS-核磁顯影創造了前提條件。

圖1 聚焦超聲的神經調控機理

目前國際上tFUS被應用于前沿疾病治療以及精準腦調控。tFUS彌補了過去非侵入神經調控手段無法直接針對深層病灶進行刺激的短板，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tFUS也被應用于傳統神經調控技術覆蓋的疾病，包括抑郁癥、精神分裂癥等，用以探索更低感、更精準的替代治療方法。

除此之外，一些腦科學家利用tFUS“深部毫米級聚焦”的特點正在開展一系列深部小核團功能作用的研究，包括海馬、丘腦、杏仁核、基底節等。這些核團距離頭皮表面可達5至8cm，常規的非侵入式技術很難精準刺激到。

可以說，tFUS為進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研究手段；并且將為各類與深部核團相關疾病的治療創造新療法的土壤。

圖2 聚焦超聲原理示意圖

作為一項全新的技術，其安全性受到極大的關注。tFUS的潛在安全風險主要來自于超聲波的熱效應與空化效應。目前應用于神經調控領域的tFUS往往采用較低強度，通常而言，其熱效應與空化效應所產生的不良反應很微弱，幾乎可以忽略不計。國際上有一項研究對這類低強度的tFUS臨床應用的不良反應率進行統計，結果發現tFUS的不良反應報告率遠低于經顱磁和經顱電刺激，僅3.4%的使用者報告了輕度的不適。當然，未來需要進一步探究tFUS的使用邊界，形成安全使用規范指南。

tFUS的精準性和有效性十分依賴超聲探頭的設計以及對于超聲波激發的精確控制。目前國際主流的tFUS探頭設計叫做相控陣聚焦技術。這項技術最早應用于軍事領域，能夠利用幾十甚至上百個小型超聲換能器組成的超聲陣列進行數字化精準調制，實現超聲波“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行偏轉。

圖3 相控陣3D調焦仿真效果示意圖

利用相控陣聚集技術，還可以實現多靶點動態調焦。

圖4 多靶點調焦

這項技術極大的拓展了tFUS的靈活性和精準性。目前依瑞德生產的第一代tFUS設備具備128陣元的相控陣聚焦能力，在tFUS神經調控設備領域處于國內一流水平。

圖5 依瑞德螺旋陣相控偏轉演示效果

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