第四节　颅内植入装置及临床应用

一、DBS体内植入与临床应用范围

目前，在临床上应用的脑深部电刺激系统（DBS）有美国Medtronic公司生产的脑深部电刺激系统和我国清华品驰公司生产的脑深部电刺激系统。

（一）Medtronic脑深部电刺激系统

Medtronic（美敦力）脑深部电刺激系统（DBS）从1987年开始应用临床，已经近30年。从1998年8月我国安徽省立医院开始第一例帕金森病DBS治疗以来，已应用19年。目前，全国已有百家医院开展和应用Medtronic DBS植入系统。DBS体内植入部分包括植入式神经刺激器、延伸导线、电极和适配器，DBS体外配套部分包括患者控制器、充电系统、外部刺激器连接电缆、体外神经刺激器、医用程控仪。

1.植入式神经刺激器

植入式神经刺激器发放弱电脉冲，可在脑部靶区内抑制异常神经活动，使运动神经环路恢复至相对正常的功能状态，以缓解病人的症状，可行1.5T MRI检查。Activa系列DBS均可以设置恒流/恒压两种刺激模式，每根电极可以设置两种不同的程序（交叉电脉冲），优化刺激区域，在最大疗效和最小副反应之间寻找完美的平衡。同时，还可以设置多个程序组合，满足不同病情症状的治疗需求。

（1）单通道神经刺激器（37603 Activa®SC型）：

重量为44g，体积27cm3，厚度仅为11mm。预计使用寿命3～5年（图3-60）。

（2）双通道神经刺激器（37601 Activa®PC型）：

重量为67g，体积39cm3，厚度仅为15mm预计使用寿命5～6年（图3-61）。

（3）双通道可充电神经刺激器（37612 Activa®RC型）：

使用可充电电池。在同类双通道可充电脉冲发生器产品中最薄，厚度仅为9mm重量为40g，体积22cm3，最新的实验数据验证Activa RC型电池寿命可长达12～15年，带有过量放电保护功能，并允许2次过量放电。建议患者在最后的两个月内合理安排时间，进行更换电池手术（图3-62）。

Activa PC、Activa SC两型电池电量耗尽前3个月左右时间，患者控制器收到更换电池警报（ERI），Acitva RC的ERI时间为最后一年，既要避免过早的更换电池，浪费电池寿命；又要避免过晚的更换电池，治疗突然停止，症状重新出现。在神经刺激器放在皮下囊袋时，须注意有标识的一面朝体表，远离肌肉组织，确保没有剧烈弯曲延伸线，神经刺激器埋在皮肤下深度不超过1cm（0.4in）的地方并与皮肤平行。如果埋植深度太深或者与皮肤不平行，可能导致充电不足或失败。

2.延伸导线

DBS延伸导线37085型，最高15%的延展性，提高患者活动灵活度与舒适度，让患者活动无约束，方便皮下埋植（表3-2）。延伸导线的外观如图所示（图3-63）。延伸导线在远端配有4个连接器，在近端配有8个连接器。内置远端与“美敦力”电极导线连接。近端则与“美敦力”神经刺激器连接（图3-64）。

3.电极

美敦力脑深部电刺激电极有以下规格（表3-3）。

下图所示为不同型号电极外观（图3-65、图3-66）。电极的结构如下图所示：

4.Stimlock锁定帽

适用于在开颅手术后用作颅骨的可植入的14mm锁定帽。它也可用于固定电极导线。Stimlock锁定帽与CT和磁共振成像兼容（图3-67）。

（二）清华品驰脑深部电刺激系统

国产清华品驰的DBS植入装置自2000年开始研发，2013年5月第一个单通道可植入神经刺激系统（G101）通过国家食品药品监督管理局批准上市用于临床，近两年又有单通道加强型（G101A）、双通道非充电（G102）型以及双通道可充电型（G102R）的可植入神经刺激系统产品通过国家的批准应用于临床。

清华品驰体内植入产品包括脉冲发生器、延长导线、电极和适配器，体外配套产品包括程控仪、患者控制器、体外充电器、测试刺激器。

1.脉冲发生器

脉冲发生器释放高频电信号，通过延长导线和电极到达脑内特定靶点核团。各型号的脉冲发生器均可提供恒压、恒流两种刺激模式，双通道脉冲发生器的每个通道均可设定独立的参数，脉冲发生器的所有参数均可通过程控仪进行设定，同时，通过程控仪对体内的脉冲发生器进行系统软件升级。

（1）G101A型单通道脉冲发生器：

使用一次性电池，重量仅为40g，厚度仅为12mm，流线型外观，降低植入后皮肤磨损和感染风险。此单通道脉冲发生器中电池容量达到5Ah，预期使用寿命5～9年（图3-68）。

（2）G102型双通道脉冲发生器：

使用一次性电池，重量仅为56g，厚度仅为12mm，流线型外观，降低植入后皮肤磨损和感染风险。此双通道脉冲发生器中电池容量最大达到7.5Ah，预期使用寿命4～6年（图3-69）。

（3）G102R型双通道可充电脉冲发生器：

使用可充电电池，在同类双通道可充电脉冲发生器产品中质量最轻，仅为37g，厚度仅为11mm，外形类似圆形，降低植入后皮肤磨损和感染风险。无线充电简单方便，使用特有的温控技术，让充电过程更安全，更舒适。使用寿命10年以上（图3-70）。

目前一次电池使用寿命取决于刺激参数（幅度、频率、脉宽、模式）和电极阻抗，每一个患者在使用时刺激参数都有所不同。对于临床应用中的高刺激参数（3.5V、150Hz、90μs、连续刺激）和典型1000欧姆电极阻抗，测算的使用寿命大约是4年（G102）或5.5年（G101A）；临床应用中的常规参数（2.5V、150Hz、90μs、连续刺激）和典型1000欧姆电极阻抗，测算的使用寿命大约是6年（G102）或9年（G101A）。

可充电脉冲发生器的初次设定使用寿命是10年，患者控制器和充电器均会在最后一年进行提示。脉冲发生器在使用10年之后需停机，若再使用此电池时，需要专业技术人员应用体外程控仪的特殊软件读取脉冲发生器的历次充电数据，评估脉冲发生器电池性能，如仍然良好，则重新启动脉冲发生器，并再次设定使用寿命，从而兼顾安全性和经济性。

脉冲发生器的钛金属壳的外表面具有绝缘涂层，在脉冲发生器正面蚀刻有制造商、型号及序列号标识，此面具有一定面积的导电区域，在单极刺激模式中作为正极，此面必须朝向体外植入（如下图所示），并尽量远离肌肉组织。脉冲发生器在X射线照射下，会显示相应的标识，用于医生在特殊情况下识别脉冲发生器的型号。此外，脉冲发生器顶盖具有在皮下囊袋固定脉冲发生器的缝合孔。

2.延长导线

延长导线连接电极与脉冲发生器，具有良好的延展性和弯曲疲劳特性，可稳定传输刺激脉冲（表3-4）。延长导线型号为E202型，可以与各种型号的脉冲发生器和电极配合使用，互换性好，方便了手术操作（图3-71）。

延长导线结构如下图所示，其插头（连接脉冲发生器）直径为1.3mm，采用高密度连接，从而大大缩小了脉冲发生器与延长导线连接部位的尺寸，密封性能优良，只需拧一个紧固螺钉即可连接一根延长导线和脉冲发生器（图3-72）。

对于可充电脉冲发生器，延长导线在手术中可以盘绕在脉冲发生器四周或者下面，不能放在脉冲发生器上面，否则相当于增大了充电距离，会影响充电效率。对于非充电型脉冲发生器，以手术需要为准，没有严格要求。

3.电极

电极与延长导线连接，将电脉冲信号传送至脑深部靶点核团，实现电刺激治疗。不同型号的电极，具有不同的刺激触点间距，满足临床的不同需求（表3-5）。电极刺激触点材料为铂铱合金，是电化学性能最稳定的植入级金属材料。电极绝缘层为聚碳酸酯型聚氨酯，目前是生物稳定性最好的植入级聚氨酯材料。不同型号电极刺激端的外观如下图（图3-73、图3-74）。

4.电极固定装置

用于将电极牢固、方便地固定在颅骨上，具有良好的颅骨弧度贴合、方便医生术中精细操作、稳定的电极锁定、操作方便等特点。电极固定装置植入部分组成如下图所示，包括底座、垫圈和骨孔盖（图3-75）。还有设计有独特的放置工具——垫圈手柄，手术过程中更方便地将垫圈安装到底座内（图3-76）。电极固定装置各部分及电极安装固定后状态（图3-77）。

上述脉冲发生器、延长导线、电极和电极固定装置均植入人体使用，与人体接触的材料包括铂铱合金、钛合金、聚氨酯、硅橡胶等，已经在心脏起搏器上成功应用几十年，具有非常好的生物相容性和生物稳定性。

（三）DBS的临床应用范围

自1987年法国的Benabid最早应用脑深部电刺激（DBS）治疗帕金森病以来，由于DBS对脑组织具有不破坏、可逆性、可控性等特点的优势，此疗法逐渐被接受，并尝试应用到一些常规方法无法治疗的一些神经系统疾病，取得可靠的疗效。脑深部电刺激疗法已被美国FDA批准应用于临床的疾病包括原发性帕金森病、特发性震颤、肌张力障碍、强迫症、抑郁症等；目前在临床应用的还包括癫痫的DBS治疗，抽动症的DBS治疗，神经病理性疼痛的DBS治疗，以及正在实验性治疗的阿尔茨海默病的DBS治疗。其DBS植入的具体步骤参看各章节。

（凌至培）

二、颅内埋藏电极及临床应用

癫痫外科主要目的是完全的切除或离断经过精确定位为产生癫痫临床症状的区域。为了准确确定癫痫灶区域，需要通过颅内电极埋藏的方法来进一步明确癫痫灶的起源及范围。目前常用的方法有硬膜下电极埋藏和脑深部的立体定向电极（SEEG）埋藏。

（一）硬膜下电极

硬膜下电极有磁场兼容的铂金和非磁场兼容的不锈钢电极两种，形状有条状和栅格状两种类型，包括4触点、6触点、8触点、16触点、24触点、32触点及64触点等多种规格。其触点的直径有2mm、3.0mm和4.5mm，两触点的间距为5mm或10mm（触点中心到另一触点中心间距）。临床主要应用于大脑表面的电极埋藏以及术中的实时脑电监测（图3-78）。

（二）立体定向脑电图电极（SEEG）

1.立体定向脑电图电极　又称深部电极，采用铂铱合金材料或不锈钢材料焊接，直径0.8～1.0mm，电极尖端“子弹头式”设计，触点与导丝的焊接部位光滑平整，对患者的侵入性小。有多种规格和型号，包括4触点、6触点、8触点、10触点、12触点、14触点、16触点和18触点的深部电极，也有5触点和15触点的电极，根据临床需求进行不同选择，其触点的长度为2 mm，间距1.5mm，铂铱电极为磁场兼容电极可应用于MRI扫描。目前临床常用的有“华科恒生”的不锈钢电极和磁场兼容立体定向脑电图描记电极、法国ALCIS脑深部电极。ALCIS电极有一型号为Macro-Micro深部电极，可以临床、科研两用，可实现LFP和单细胞高频的电信号采集，脑深部电信号记录功能之用，也适用于电刺激和选择性温控射频毁损治疗（图3-79、图3-80）。

2.立体定向脑电图电极的配件　包括：①导向螺丝，其长度有15mm、20mm、25mm、30mm和35mm不等；②带深度标记终止器的探针；③电极延长线；④电凝电极；⑤头颅钻头；⑥长、短型锥；⑦扳手（图3-81）。其优点：①颅钻钻孔的内径只有2.1mm，对患者的创伤更小，愈合快；②封闭管、封闭帽、导向螺丝之间为防水连接，防止脑脊液的外渗及减少感染的概率，电极的置入深度可通过封闭管调整。通过导向螺丝和封闭帽直接固定深部电极的位置，不会出现位移安全可靠；③电凝电极通过单极电凝切开硬脑膜后，在避免出血的同时可保证针道无偏移。

3.立体定向脑电描记电极主要应用于脑深部、脑沟内皮层起源的癫痫定位和脑网络连接的研究以及电刺激探测功能区定位。另外，应用原定位通道换成电凝电极植入，可进行温控热凝毁损术，治疗无需开颅切除的颅内癫痫小病灶。此电极微创、安全、有效，可以从三维角度协助癫痫诊断和治疗。

（徐　欣　凌至培）

三、药物泵体内植入及临床应用

药物泵属于神经调控领域，是通过外科的手段直接植入药物存贮装置，让药物直接注入脑、脊髓中枢神经系统的靶点起治疗作用。药物泵最大的作用就是让药物在靶区组织内直接达到最大浓度，而在其他组织中则很少或没有储存。一方面可以减少药物在系统存留，降低或消除外周的副作用。另一方面增加靶区组织内的药物浓度和药物半衰期的时间，从而达到最大的治疗效果。最常用的药物泵是脑室内注药的Ommaya储液囊（Ommaya reservoir）和脊髓鞘内给药的可植入药物泵（图3-82、图3-83）。

（一）Ommaya储液囊

由1963年巴基斯坦神经外科医生Ayub K. Ommaya发明，它由一个导管和可反复穿刺的硅胶囊组成。导管一端植入脑室，另一端连在硅胶囊上，硅胶囊则放置在头皮下。它可用来抽吸脑脊液，亦可向脑室内注药。通常用来治疗囊性脑肿瘤等，对于一些晚期肿瘤患者，亦可通过Ommaya储液囊注入吗啡，缓解患者疼痛，减轻症状。

（二）鞘内微电脑控制的药物输注系统（程控药物泵）

1.椎管内输注药物的应用不断进展，目前不仅用于治疗癌性疼痛，还用于治疗慢性非恶性疼痛以及脊源性、脑源性痉挛。鞘内药物输注系统的适应证包括背部手术后疼痛综合征、神经病理性疼痛、脊柱轴向痛、复杂性局部疼痛综合征、弥漫性疼痛、臂丛神经炎、中枢神经痛、SCS治疗失败后疼痛，蛛网膜炎、卒中后疼痛、脊髓损伤后疼痛和痉挛状态等。临床上通常有两类药物泵；电子程序药物泵和机械恒速药物泵（图3-84）。电子程序药物泵由植入导管、药物泵及程控仪三部分组成，动力是由电池供电，每隔5～7年更换一次，可以灵活调节输液速度。机械恒速药物泵为气动型，内有两个小室分别充有压缩气体和药物，其优点是无需电池驱动，不必定期更换，价格低廉，补药时无需程序仪。

2.药物泵植入技术　①患者取左或右侧卧位，腰背部穿刺点及下腹部常规消毒、铺巾；②取L2～3或L3～4椎间隙为穿刺点，切开1cm长皮肤切口，准确穿刺至腰椎管蛛网膜下腔后，将植入导管徐徐进入至C6水平左右；③从腰部穿刺点至左或右下腹部造一皮下隧道，并在下腹部做一皮下囊袋；④植入药物泵放在皮下囊袋内并连接植入椎管内导管；⑤药物泵注入相关药物；⑥缝合切口，手术结束；⑦启动程控仪，调节输注药物的速度。

（毛之奇）

四、闭环回路刺激器植入及临床应用

自1987年法国的Benabid应用脑深部电刺激（DBS）治疗震颤以来，在近30年的发展中，电刺激包括脑深部电刺激、脊髓电刺激、运动皮层电刺激、迷走神经电刺激等，已经在运动障碍性疾病、癫痫、疼痛等功能神经系统治疗方面，成为一种重要的治疗手段。

目前，大多数神经刺激系统为开环模式，即刺激和刺激参数是提前预设的，不能根据患者的临床症状改变或基础疾病的变化自动改变刺激或刺激参数，总的来说，开环刺激模式对患者的治疗是有效的。随着临床经验的积累，发现开环刺激对于一些呈动态变化的疾病难以起到满意的疗效。例如，开环脊髓电刺激系统治疗疼痛有效，然而，开环刺激系统可能提供过度或不足的治疗，因为该系统不能根据患者的体位的改变自动调整刺激参数。在帕金森病方面，DBS疗效肯定，患者肌张力高时，可以从中受益。然而，当患者肌张力接近正常时，这样的治疗则无效，而闭环刺激则可以根据肌张力的变化自动产生刺激，而达到治疗作用。

可植入设备技术的提高和临床需求的改变迫切要求闭环刺激系统。闭环刺激的理念是根据患者疾病的动态变化而进行刺激的开启与关闭以及刺激量的大小，也叫适应性刺激（responsive stimulation，RNS）或智能刺激。刺激系统可以持续感知机体信号的改变，并做出相应刺激参数的调整，使患者从刺激中获得最大的治疗效果。与开环系统比较，闭环刺激系统可以增加刺激的有效性，从而达到更好的治疗效果，能够减少刺激的副作用。

目前，临床上进行研究的闭环刺激系统主要集中在疼痛、癫痫和运动障碍等疾病方面。有两种设备被美国FDA批准治疗癫痫，一种是开环刺激，即迷走神经刺激器（VNS Therapy，Cyberonics Inc，Houston，TX，USA）；另一种为闭环刺激，应答性皮层刺激器（RNS System，NeuroPace Inc，Mountain View，CA，USA）。

（一）闭环应答性皮层刺激

颅内电极植入后的皮层脑电监测结果决定患者是否适合安装闭环应答性皮层刺激系统（responsive neurostimulation，RNS）。首先给予皮层电刺激，来定位癫痫灶和功能区。同时，电刺激诱发电位后发放（after discharges，ADs），ADs是一种同癫痫样活动一样的有节律的放电。Lesser等发现，简短的电刺激也可以终止电位后发放，终止电位后发放的最有效的刺激是在ADs同侧，在ADs产生4.5秒内刺激，刺激时间为0.5～1秒。Lesser等的发现为设计闭环刺激系统提供了依据。最早设计的闭环刺激系统较庞大，为非植入性，主要是为了来证明该系统的可行性和有效性。Peters等设计了一个床旁设备，根据患者的发作给予适时电刺激，在8个颅内电极植入的患者中，4个患者给予癫痫灶局部闭环刺激，4个给予丘脑前核闭环刺激，两者癫痫发作的减少分别为55.5%和40.8%。在8例患者中，反应性刺激后，有4例癫痫发作减少大于50%（3例为局部闭环刺激，1例为丘脑前核闭环刺激）。Kossoff等也报道了4例患者，经反应性刺激后，减少了临床发作和临床下发作。这些都说明闭环刺激是有效的，可以减少癫痫发作。

RNS系统是一种被美国食品药物管理局批准用来减少癫痫发作频率的闭环反应性皮层刺激器，主要适应于年龄大于18岁、部分性发作、癫痫灶大于2个、两种或两种以上抗癫痫药物治疗无效、仍有频繁致残性癫痫发作（如运动性部分性癫痫发作、复杂部分性发作、继发性全身强直阵挛发作）的患者。RNS系统包括一个可植入颅骨内的刺激器，1～2个记录或刺激电极（通常为放置在癫痫灶的条状或深部电极（图3-85）。当记录到异常脑电图时，闭环刺激系统可以给予反应性电刺激。刺激器包括刺激程序、远程监控系统和可通过网络获取的存储数据库。刺激器通过植入脑内的皮层电极或深部电极持续不断的记录并分析脑电活动。当感知到异常脑电活动刺激器自动进行反应性刺激。

（二）闭环迷走神经刺激系统（Closed-loop VNS）

美国FDA批准开环迷走神经刺激器可以用来治疗成人或年龄12岁左右的青少年药物难治性部分性癫痫。目前全球已有超过80000例患者接受该项治疗。间隙性的迷走神经刺激参数为开30秒，关5分钟，刺激电流一直被认为是调试的重要参数之一，目前推荐的有效刺激电流为1.0～1.75mA，人体最大可耐受电流为3.5mA。刺激参数也可以根据医师的经验给予调整。在患者有发作先兆或癫痫发作起始时，也可以通过在脉冲发生器前方滑动磁铁给予额外刺激治疗。磁铁启动的临时刺激有可能中止发作或减轻发作的严重程度。Morris等报道使用磁铁的患者癫痫控制程度好于未使用磁铁的患者，使用磁铁后有22%的患者发作中止，31%的患者发作严重程度降低。

闭环迷走神经刺激器的研发是从使用磁铁激活刺激，可以终止癫痫发作的现象中受到的启发，大多数患者不能主动在发作前或发作时应用磁铁刺激干预癫痫发作。一项基于发作时心率改变的闭环迷走神经刺激器（the Aspire-SR）正在研发中。超过70%的癫痫发作有心率方面的改变，如心动过速、心率加快，闭环刺激技术就是根据患者的心率改变而给予主动刺激。Aspire-SR脉冲发生器虽然还没有正式应用于临床，可以通过癫痫发作时心率的改变而预示癫痫发作。31例患者植入了脉冲发生器，并进行了大于5天的脑电监测和心率监测，Aspire-SR脉冲发生器监测到大于80%的患者发作期有心动过速表现。有些患者癫痫发作起始前就有明显心率改变，这项研究证实了Aspire-SR脉冲发生器可以监测到伴有心率改变的癫痫发作。虽然，闭环迷走神经刺激器正在研发阶段，相信未来会正式应用于临床，使更多难治性癫痫患者受益。

（崔志强）