Page 70 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期
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Chinese Journal of Medical Instrumentation                                         2026年 第50卷 第2期

                                                    综     合     评    述



              仅能根据脑电波θ节律的特定相位来调节神经振                              3    超声闭环脑机接口
              荡，而且能有效且实时抑制小鼠癫痫发作。因此，
              在治疗癫痫或帕金森病等神经系统疾病方面具有很                                tFUS是一种新兴的无创中枢神经调节技术，为
              大的应用潜力，它能及时、有效、无创地进行治                             了评估tFUS诱导的神经调节效果，许多研究采用
                                     [5]
              疗。2021年，ZHONG等 开发了一种基于深度学                         行为改变、fMRI或EEG等方法。而fUSI在大视场
              习的闭环可穿戴超声深部脑刺激系统，它通过检测                            下具有高时空分辨率的优点，设备简单灵活，有望
                                                                                                        [30]
              和分析癫痫EEG信号反馈刺激脑神经，能无创、实                           直接监测FUS的影响。2024年，BENDIG等 设计
              时、有效地降低癫痫脑电功率和减少癫痫发作持续                            了一个聚焦超声与功率多普勒成像换能器同步触发
                                     [6]
              时间。2022年，YUAN等 提出了一种带有模糊控                         的装置，以实现fUSI对tFUS神经调节后的即时和短
              制器的闭环经颅超声刺激系统，以实现对小鼠运动                            期血流动力学反应的评估与监测。结果发现，激活
              反应和神经活动的实时精确调控。                                   区血管大小和FUS声压大小呈正相关，单侧辐照可
               2.2.2    增强脑机接口信号                                引起小鼠双侧血流动力学改变，伴同侧加重。后续
                  尽管BCI在意念控制方面已实现部分突破，但                         相关结果证实，低频换能器装置在非人类灵长类动
              无创BCI的误识别率依然偏高，因此研究人员开始                           物中实现完全无创、经颅聚焦超声联合功能性超声
              尝试采用同步靶向神经调节策略，以有效降低系统                            成像（FUS-fUSI）的可行性。
                                         [28]
              错误率。2024年，JOSHUA等 探究了tFUS神经调                          上述研究初步证实了超声闭环BCI系统的可行
              节是否可以改善BCI结果，并利用高密度EEG源成                          性，展示了良好的研究前景。该系统较现有脑电闭
              像探讨tFUS神经调节增强BCI的潜在机制。研究结                         环BCI系统存在明显差异，如表1所示。

              果表明，对人类大脑中颞叶复合体（即V5区域）                                表1   超声闭环BCI系统和脑电闭环BCI系统的比较
              进行tFUS靶向神经调节，能显著减少视觉诱发电                            Tab.1  Comparison between closed-loop ultrasound BCI system and
                                                                              closed-loop EEG BCI system
              位BCI拼写任务中的错误。同时进行的神经电生理
                                                                 类型       超声闭环BCI系统            脑电闭环BCI系统
              记录显示，在tFUS刺激条件下，大脑V5区以及背
              侧视觉处理通路下游区域的θ波和α波活动均显著增                                包括超声成像和聚焦超声刺
                                                                 架构 激模块，通常需要复杂的血 由电极阵列、信号放
              强。这些发现表明，针对V5区域的tFUS调节增强                           特点 流信息处理和神经调控刺激 大器和反馈设备构成
              了对视觉运动的基于特征的注意力，同时提升了基                                 算法
                                                                                             通过采集脑电信号后
              于EEG的BCI性能。                                            超声刺激后通过实时超声成 解码大脑意图控制设
               2.2.3    双向调节脑活动                                  反馈  像监测脑部活动并即时调整 备，将执行结果通过
                                                                 机制  刺激参数                    视觉、听觉或触觉反
                  使用磁共振成像（magnetic resonance imaging,
                                                                                             馈用户
              MRI） 引 导 的 tFUS刺 激 ， 结 合 功 能 性 磁 共 振                   毫米级精准靶向调控深部脑 技术更成熟且成本低，
              （functional MRI, fMRI）进行效果监测，能够精确                  优点  区，可实现实时调控               应用范围广泛
              地、非侵入性地解析功能性脑回路，并调节神经和                                 颅骨对超声的衰减影响较大，           信号易受噪声干扰，空
              精神疾病中异常的脑功能网络。2021年YANG等                    [29]   缺点  设备复杂且成本较高               间分辨率有限，脑区
                                                                                             定位不精确
              使用中等振幅的超声（焦点处自由场峰值负压为
              425 kPa）能双向（兴奋和抑制）调节目标神经元                             超声BCI设备应用于人体面临的最大问题是颅
              的活动。用250 kHz的tFUS同时对初级体感皮质                        骨的影响，颅骨会对超声BCI设备，特别是超声波
              （S1）的3a/3b区（位于左手触觉刺激侧的右半                          传播造成潜在干扰。在成像方面，可能会导致采集
              球）进行辐照，可以抑制外周触觉刺激产生的                              图像精度不足或图像发生畸变，无法准确地实现解
              fMRI信号，同时在相互连接的非目标脑区引起                            码大脑意图。在治疗方面，辐照时声束经过颅骨后
              fMRI激活。tFUS直接刺激皮质导致5个靶区以外的                        会发生衰减和焦点分裂，降低设备性能。如果声强
              血氧水平依赖信号发生不同程度的变化，表明其对                            过低，可能不足以产生神经调控效应；但声强增
              活动和静止神经元的调节作用不同。上述结果首次                            加，引起热损伤的风险也会增加，可能会进一步引
              证明双抑制性和兴奋性调制tFUS在特定功能回路                           起组织损伤或颅骨过热。虽然可以通过仿真计算等
                                                                                                  [31]
              上的作用，以及同时使用tFUS和MRI评估功能回路                         方式得到不同参数下的颅内声场情况 ，但治疗参
              之间相互作用的能力。                                        数尚未形成具体专家共识或规定，随意调整能量可


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