编辑推荐：
本文聚焦脑深部电刺激（DBS）硬件与软件技术进展，探讨定向刺激、闭环系统、电流操控等创新对帕金森病等神经疾病疗效提升的作用，分析技术挑战与临床转化前景，为 DBS 领域发展提供全面参考。
1. 引言
脑深部电刺激（DBS）是治疗帕金森病、特发性震颤、肌张力障碍等运动障碍及癫痫、强迫症等神经精神疾病的重要手段。尽管传统 DBS 技术已应用多年，但神经刺激装置发展滞后制约了临床效果。近年来，硬件与软件的技术突破显著提升了 DBS 的安全性、有效性和精准性，但其在患者反应差异、解剖靶向难度、长期效应认知、电池能耗及术后编程管理复杂性等方面仍面临挑战，且缺乏广泛认可的适应性刺激生物标志物。本文综述 DBS 装置硬软件最新进展，及其在改善疗效和拓展适应症方面的潜力。
2. 硬件发展
2.1 定向电极（Directional Leads）
传统 DBS 使用环形电极，产生近似球形电场，对激活组织体积（VTA）的控制有限，仅能通过调整极性和刺激脉冲参数调节。定向电极采用径向分段电极设计，可在垂直于电极的平面内移动刺激场或通过阳极和阴极塑造刺激方向，降低副作用风险并提高疗效。
定向电极的生物电参数（如治疗阻抗、表面电流密度）与传统环形电极差异显著，刺激调整时需以更小步长（0.1–0.3 mA）操作，避免电流密度过高。同时，电流易从电极边缘横向扩散，导致 VTA 大于电极几何形状，相邻分段电极同时激活可能因重叠区域降低方向性。
新型多触点定向电极装置如 Vercise? Genus（4 端口 32 触点）和 Cartesia X/HX 16 触点定向电极已进入临床研究，显示 74% 帕金森病（STN-DBS）和 79% 特发性震颤（Vim-DBS）患者通过定向刺激获得改善。不同厂商设计的电极（如 Vercise Cartesia 的多腔结构、DirectSTIM 的四极环分舱设计、SureSTIM 的 32 触点分组激活等）进一步提升了电流操控的灵活性和靶向精度，为非球形靶点（如穹窿、丘脑底核非运动区）的刺激提供了可能。
2.2 闭环 DBS（Closed-Loop DBS, CL-DBS）
传统 DBS 为开环系统，以固定参数持续刺激。闭环 DBS 通过实时反馈动态调整刺激参数，基于机器学习和人工智能整合组织基质、临床状态等数据优化治疗。其核心在于检测生物标志物（如动作电位、皮质电图、局部场电位 LFP），以 “幅度响应” 或 “相位响应” 策略自动调节刺激。
LFP 的 β 频段在帕金森病中应用广泛，当 β 频段过度同步时触发刺激；θ/α 频段与震颤、低频段与肌张力障碍相关。Percept? PC 神经刺激器通过 BrainSense?技术实时记录脑信号，辅助个性化治疗。尽管闭环 DBS 在临床研究中显示症状控制改善和能耗降低，但受限于硬件成本高、编程复杂、缺乏标准化协议及长期数据不足，尚未广泛应用。
2.3 电流操控技术（Current Steering Technologies）
精准靶向对 DBS 疗效至关重要，传统技术易刺激邻近结构引发副作用。径向分段电极结合电流分馏（Current Fractionation）和多独立电流控制（MICC）技术，可轴向操控电流避开副作用区域。电流分馏通过多触点交替或共激活分配电流，增加编程复杂度；MICC 则独立控制每个触点电流，实现更精准的场形塑造，虽能耗较高，但可通过降低振幅和脉宽补偿。
Vercise 系统的 MICC 技术支持 16 触点独立供电，适应阻抗变化并延长脉冲发生器寿命。研究表明，MICC 结合定向电极可改善帕金森病患者的症状控制，补偿电极放置误差，且共激活策略比交替策略更节能。
2.4 刺激新模式
传统 DBS 使用固定模式的双极方波脉冲，新型刺激模式包括：
- 高低频刺激：高频（130–185 Hz）改善肢体症状，低频（60–90 Hz）缓解轴向症状（如冻结步态）。
- 交替刺激（IL）：快速切换同一电极的两组刺激程序（不同振幅 / 脉宽，同频率）。
- 双频交替互联（IL–IL）：重叠区域高频控制肢体症状，非重叠区域低频改善步态，初步研究显示其对帕金森病患者运动功能的综合改善潜力。
2.5 靶点定位方法
通过体感诱发电位（SEP）和经颅磁刺激（TMS）结合 DBS 电极记录，可精准定位刺激靶点。研究发现，正中神经 SEP 的 N18 成分主要起源于腹中间核（Vim）腹侧的丘系前辐射和未定带，为电极放置提供解剖依据。TMS 与 DBS 联合应用可探索皮质 - 基底神经节网络生理，但受限于安全性。
3. 软件发展
3.1 电极定位图像配准
术前 MRI 与术后 CT 配准是电极定位的关键，常用软件包括 VoXim、Framelink v5.4、NeuroInspire 等，通过算法差异实现精准坐标计算，辅助优化刺激参数。
3.2 计算建模
计算建模利用图像分割算法模拟个体解剖结构，预测电极放置和刺激效果，减少试错编程。Elements Segmentation 算法通过合成组织模型生成个性化图谱，提升分割精度；术后可视化软件（如 Guide?、SureTune?3）以 3D 形式展示电极位置和 VTA，辅助参数优化。研究证实，基于 MICC 的 VTA 模拟与帕金森病患者临床改善相关，但受脑移位、纤维取向变异等因素影响，需结合术中成像进一步优化。
4. 结论
DBS 硬件（定向电极、闭环系统、MICC）与软件（图像配准、计算建模）的创新显著提升了治疗精准性和疗效，为帕金森病等神经疾病提供了更个性化的解决方案。未来需解决生物标志物稳定性、算法优化、成本效益及长期安全性等问题，推动自适应系统与可穿戴设备整合，结合机器学习实现更智能的刺激参数调控。尽管挑战尚存，这些技术突破正引领神经调控进入 “脑 - 机交互” 新时代，有望为运动和神经精神疾病患者带来更优预后。
