作者：白宇彤，杨岸超，张建国，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心
脑深部电刺激术（DBS）作为一种重要的神经调控技术，在多种神经精神疾病的外科治疗中占据重要地位。自20世纪80年代Benabid首次将该项技术应用于帕金森病（PD）的治疗以来，历经近半个世纪的快速发展，逐渐从临时电刺激演进为集多功能和多模式于一体的综合性治疗方法，治疗方案也越来越趋向精细化和个性化。
近10年来，帕金森病领域继续引领脑深部电刺激术的技术创新与临床应用，成为新技术和新策略率先落地的重要载体。脑深部电刺激术通过电刺激特定脑区，调控异常神经回路，成为缓解帕金森病核心运动症状（如运动迟缓、
传统脑深部电刺激术通过框架式头架将电极植入靶点，再植入脉冲发生器（IPG）提供电刺激，不仅有助于缓解症状、改善神经功能，还可以显著提高其他治疗方法无效患者的生活质量。随着神经影像学、神经电生理学和多模态数据分析技术的快速发展，脑深部电刺激术逐渐向精准化、个性化、自动化的方向演进。本文拟系统梳理帕金森病脑深部电刺激术的治疗进展，重点总结手术技术创新、硬件设备优化、程控策略改进，以及围绕该项技术的神经回路标志物识别和闭环神经调控新策略，展望未来其在精准化和个性化治疗中的发展方向。
1.手术技术创新
1.1 靶点的精准定位
近10年来，神经影像学技术的进步极大地改进靶点的可视化和电极的定位，为术前靶点规划和术后程控提供指导，同时也加深对脑深部电刺激术作用机制的理解。有些靶点在常规MRI 上难以清晰显示，例如，尽管丘脑底核（STN）在T2WI上可以观察到，但其邻近黑质的腹侧边界常难以分辨；分隔苍白球内侧部（GPi）与苍白球外侧部（GPe）的内髓板在T1WI 上亦无法清晰显示。
为克服上述局限性，已研发出更高场强和新型成像序列以改进靶点的可视化。定量磁化率成像（QSM）用于梯度回波序列（GRE），对铁离子的敏感性极高，可显著提高丘脑底核的可视化效果。快速灰质采集T1反转恢复（FGATIR）序列的引入，可以提高皮质下结构的可视化，尤其优化对苍白球内侧部和丘脑内部核团的显示。
超高场强（UHF）MRI（≥7.0T）在改进靶点可视化方面表现出巨大潜力，可清晰显示丘脑内部核团，对术前靶点定位具有显著优势；相较常规MRI，UHF MRI 可以更清晰地显示丘脑底核边界，但其主要局限性是对图像失真的敏感性较高，尤其是大脑中心区域，需进行精确的失真校正。神经影像学技术的发展不仅为靶点精准定位和手术规划提供了更多选择，也为更深入的电刺激建模和个性化治疗奠定了基础。
1.2 神经外科手术机器人的应用
机械臂辅助下的脑深部电刺激术是立体定向功能神经外科手术技术层面的又一次突破性创新，在电极植入方面具有一定优势，无需应用笨重的框架式头架，患者舒适度较高；机械臂沿特定路径一致且可靠的定位，使电极位置调整更便捷。传统框架系统可能因机械部件长时间暴露于高温或意外撞击而导致变形和精度下降；机器人系统则可在长期、可靠维护的前提下更好地保持电极植入精度且维护成本较低，但也存在一定的限制因素，如费用昂贵、普及和接受度缓慢、需要更庞大的治疗团队、较长的学习曲线等。
随着手术机器人的更新和迭代，现阶段已有更为便携的多功能手术机器人上市，相信未来必将为帕金森病患者提供新的治疗选择。首都医科大学附属北京天坛医院于2018 年首次尝试机械臂辅助下脑深部电刺激术，术中实现精准定位，术后均未发生手术相关并发症。
Huang等对机械臂辅助下脑深部电刺激术的效果进行Meta分析，共计纳入732 例帕金森病患者，电极植入的向量误差为1.09 mm，整体并发症发生率为12%，统一帕金森病评价量表第三部分（UPDRSⅢ）评分减少14.09 分；Zhou 等比较传统框架与机器人脑深部电刺激术的差异性，机器人电极植入误差（1.52 ± 0.53）mm，传统框架为（1.77 ± 0.67）mm，二者无明显差异，UPDRSⅢ评分改善率和整体并发症发生率亦无明显差异。相信随着其他技术的进步，神经外科手术机器人将在脑深部电刺激术领域取得更大优势。
1.3 新靶点的应用
脑深部电刺激术治疗帕金森病新靶点的探索一直没有停止。帕金森病运动症状调控的主流靶点为丘脑底核和苍白球内侧部，但对非运动症状的疗效呈现出较大的个体差异，尤其是存在严重并发症的患者。对于以冻结步态为主要表现的帕金森病患者，传统靶点的疗效不确切，部分患者长期电刺激后可能出现中轴症状恶化现象，进而探寻到具有改善步态等中轴症状的核团如脚桥核（PPN）和黑质网状部（SNr）。
研究显示，双侧脚桥核植入电极可使帕金森病患者中轴症状评分改善36%；联合电刺激丘脑底核和黑质网状部，电刺激黑质网状部3 周后冻结步态评分改善优于丘脑底核，但长期电刺激黑质网状部可出现较多不良反应如异动症、复视、幻觉等。
由于缺乏设计良好的长期随访研究，目前关于脚桥核和黑质网状部脑深部电刺激术的中长期疗效尚不确切。既往认为
上述3 个核团是近年针对帕金森病非运动症状的补充性策略，但因样本量较小，且单独植入电极无法改善核心运动症状，临床应用较为有限，随着脑深部电刺激设备通道数的增加，未来上述核团有望用于帕金森病的个性化治疗。
2.硬件设备优化
2.1 可感知技术与闭环电刺激
近年来，据1 个或多个反馈信号对脑深部电刺激术进行动态调整的方法受到研究者广泛关注，称为自适应脑深部电刺激术（aDBS），用以提高治疗效果并降低不良反应发生风险，包括响应式（rDBS）、自适应式和闭环控制模式（cDBS）。帕金森病领域的aDBS研究主要集中于将局部场电位（LFP）的反馈用于治疗参数的优化。
研究显示，局部场电位的β 频率范围与运动迟缓和僵硬相关，通过监测该频率范围活动，提供实时反馈以调整刺激强度和刺激模式，从24 h不间断持续性刺激转变为脉冲式刺激，在稳定疗效的同时，减少长期刺激造成的不良反应。
此外，运动皮质记录的γ 频率活动也尝试作为aDBS 治疗异动症的生物学标志物之一。上述研究表明，局部场电位可为aDBS 提供重要的神经生物学信息，从而提高刺激的精准性，提供更个性化的治疗方案。这种基于局部场电位的反馈目前已成为自适应神经调控技术的重要研究方向，通过实时监测并利用局部场电位反馈，aDBS 可以动态调整刺激参数，从而更有效改善帕金森病症状，不仅提高疗效，而且减少不良反应和能耗，为脑深部电刺激术提供更精确和节能的解决方案。
2.2 方向性电极
与传统电极不同，方向性电极采用径向分段式触点设计，通过调整触点正负极位置，在水平面内重塑刺激电场形状，从而提供更精确的电流引导能力，允许根据个体解剖和病理学特征灵活调整电场分布。自2015 年方向性电极被研发以来，刺激电场的灵活性得到极大提高，拓宽触点治疗窗，优化脑深部电刺激术的疗效并减少不良反应。
电池方面，方向性电极可与植入式脉冲发生器进行技术性协同。相较单源电流驱动或电压驱动系统，具备多个独立电流源的系统可为每个电极触点提供独立调控，极大地增强程控灵活性。尽管方向性电极在提高程控的精确性和灵活性方面展现出显著优势，但更为复杂的结构也对术中植入和术后程控参数调整提出更高要求。因此，为最大限度发挥新型电极设计的潜力，需进一步优化程控算法，从传统基于医师经验的试错式调整逐步过渡为自动化程控，减少人为干预，提高程控效率和效果。
2.3 磁共振兼容技术
组织激活体积（VTA）相关研究在探讨靶点刺激位置与临床疗效关系方面取得显著进展，为阐明脑深部电刺激术作用机制提供重要信息。然而，前瞻性影像学数据的获取可提供更直接的证据，在设备开启的情况下，结合fMRI 有望深入探究脑深部电刺激术对神经活动的实时调控效果。基于安全性考虑，脑深部电刺激系统完全内置并于激活状态下行fMRI研究仍受限，通常要求场强为1.5T。然而最新研究显示，植入脑深部电刺激系统的患者采用3.0T MRI行fMRI检查是安全可行的，并已有多项脑深部电刺激设备批准用于3.0T MRI 数据采集。
这不仅扩大功能神经影像学数据的获取范围，而且为神经调控研究开启新的方向。通过结合神经网络连接（包括结构网络连接和功能网络连接）的分析和前瞻性影像学数据的支持，未来脑深部电刺激术的研究和应用将更精准，从而为个性化治疗提供更有力的科学依据。
3.程控策略改进
3.1 可视化程控模式
电极重建对确认靶点的准确性和定义临床疗效的神经基础至关重要。随着方向性电极的广泛应用，电极相对于周围解剖结构的精确定位既显得尤为重要，临床医师应根据定位决定最优触点。先进的成像技术和电极重建工具（如术后CT 与术前MRI配准）可以提供高分辨率空间信息，用于精准描绘电极与靶点的关系。
这些技术不仅为术后程控提供重要参考，还有助于进一步了解电极刺激与特定神经回路或功能区之间的关系，从而优化刺激参数并推进个性化治疗策略的发展。电极重建后可根据刺激参数绘制激活组织体积，通过分析大样本数据计算出“最佳靶点”或理想的神经网络连接特征，以预测疗效。
例如，结合体素水平加权的电极触点位置或激活组织体积，可以生成临床结果和有效网络的概率图，从而明确最有效的神经解剖基础。应注意的是，激活组织体积作为一种基于模型的理论概念，其有效性取决于模型的准确性。目前的激活组织体积估算常忽略局部阻抗的变化和神经元群的内在动态，进一步改进模型仍是未来重要研究方向，不仅有助于优化手术和程控，还为个性化治疗提供重要信息。
3.2 恒流刺激
恒流刺激与恒压刺激疗效的对比研究仍较少。对于负载阻抗的动态变化，恒流脑深部电刺激术较恒压刺激的效果更稳定。由于电极周围炎症反应和胶质化，植入式脑深部电刺激术的电极阻抗可随着时间推移而变化，从而影响刺激精确性和治疗效果，恒流刺激通过维持恒定电流，无论阻抗如何变化，均确保神经组织受到一致刺激，故在长期应用中更具稳定性和可靠性。
虽然恒压刺激可能在初始阶段更简便，但随着阻抗变化，其刺激效果逐渐减弱或变得不一致。因此，为提高脑深部电刺激术的长期疗效和稳定性，未来可能更倾向恒流刺激。
3.3 自动程控系统
随着方向性电极的逐渐成熟，程控参数的可选策略达1 × 1012 ~ 1 × 1015 种组合，如何选择最佳程控参数成为难题。传统基于医师经验选择的程控参数越来越难以适应临床需求，自动程控系统应运而生。StimFit 系统已进入临床前期，是基于数据驱动的算法，核心目标是通过优化刺激参数，实现运动功能最大化改善，同时将不良反应降至最低。StimFit 系统的研发结合了神经影像学数据和电场建模，通过体素水平的混合模型分析，为特定症状（如震颤和僵直等运动症状）识别最优刺激区域（“甜点位”），通过非线性优化算法确定最佳刺激参数，包括电极触点、幅度和电流分布等。
Roediger等从31例帕金森病患者中获612种单极刺激参数，制备训练预测模型，通过分析电场在靶区的形状和强度预测运动改善和不良反应，随后又在独立测试队列中对模型性能进行验证。一项随机、双盲、交叉设计研究纳入35 例帕金森病患者，均行丘脑底核脑深部电刺激术（STN-DBS），分为StimFit 优先组和传统程控优先组，结果显示，两组患者UPDRSⅢ评分无明显差异；StimFit优先组优化的刺激参数展现出更高的精确性和方向性，但在某些特定症状（如震颤）的控制上稍逊于传统程控优先组，表明自动程控已成为临床应用的可能性选择，在闭环神经调控的应用中具有重要潜力和参考价值。
4.神经回路标志物识别及应用
神经回路指由一组神经元通过突触连接形成的功能性网络，共同负责处理、传递和整合神经信息，用于特定生理功能或行为调控。受限于伦理学，针对人脑神经回路的探索主要集中于非侵入性技术，目前对脑深部信息传递和分析的探索尚处于初期阶段。脑深部电刺激术提供了一种绝佳的脑深部信息采集和干预模型，在多种疾病的机制探索、疗效评价、预后预测中获得大量成果，以下拟从帕金森病调控相关神经回路机制及其标志物方面进行重点介绍。
4.1 多模态神经影像学脑深部电刺激术相关神经影像学技术的探索主要包括两部分，一是基于激活组织体积的预后分析和网络分析，二是基于开启刺激和关闭刺激不同状态下神经回路机制探索。
（1）基于激活组织体积的预后分析：该分析方式源于以Lead-DBS为代表的电极重建技术成型后，脑深部电刺激术不同电极植入位置和程控参数，对神经回路产生不同改变，进而影响疗效。根据高质量公开数据库的帕金森病患者和正常受试者神经网络连接图谱，可模拟神经回路的基本特征，以皮质脊髓束（CST）为例，帕金森病患者和正常受试者的皮质脊髓束位置及走行并不随疾病进展而变化，无需采集患者个体DWI和fMRI即可模拟结构网络和功能网络。
Wang等证实此类基于图谱的研究方法与个体化水平的研究结果高度一致。帕金森病患者基于激活组织体积的预后分析最早于2017 年由Horn等开展，他们以运动症状总体改善作为预后分析目标，建立脑深部电刺激术疗效预测模型，并在2 个独立数据集中进行验证。随后，针对帕金森病刺激靶点和非运动症状的基于激活组织体积的预后分析也取得良好成果，分别对丘脑底核与苍白球内侧部靶点效果对比、帕金森病冻结步态最优靶点、帕金森病
（2）基于不同刺激状态的分析：随着脑深部电刺激硬件设备的改进，使得电刺激状态下观察脑区改变逐渐成为可能。2015 年，Knight等在仅植入电极的情况下，通过术中MRI发现脑深部电刺激术可激活多个脑区。经证实脑深部电刺激术中MRI兼容性后，术后MRI 兼容技术逐渐成熟并广泛应用，通过静息态和任务态fMRI 检查，直观比较不同刺激参数调控下对脑区和神经的激活。
2019 年，Kahan等结合静息态和任务态fMRI数据，对运动回路中直接通路、间接通路和超直接通路进行深入研究，构建运动回路预后模型。2022 年，Bai等构建泛网络调节模型，证实脑深部电刺激术以调控额顶网络为核心，进而调节感觉运动网络和凸显网络以改善帕金森病运动和精神症状。
目前，脑深部电刺激术神经回路水平研究从单纯开启刺激与关闭刺激的比较扩展至多种刺激参数比较和建模，Boutet 等通过fMRI 结合机器学习（ML）算法，为程控参数的优化提供指导。清华大学神经调控团队对高频和低频刺激进行了长期纵向研究，探寻到与帕金森病不同类型症状学关联紧密的运动亚回路。多模态神经影像学调控研究是目前脑深部电刺激术研究的热点问题，是解释泛脑调控的关键技术。
4.2 神经电生理技术
神经电生理技术是脑深部电刺激术获得脑深部信号的重要手段，通过测量局部场电位，揭示对多个回路的干预机制，从初期的单一核团静息数据采集逐渐进展为多核团、多维点、同步性静息和刺激反馈数据采集，乃至结合神经影像学、
受限于电极位置，尽管脑深部电生理检测可以提供极好的局部空间和时间分辨率数据，但对其他脑区的数据采集仍较困难。局部场电位按照频率分为α、β、γ等多个频段，每个频段有生理性和病理性波形，与不同的神经功能紧密相关。在帕金森病运动障碍患者中，β 波主要与运动减少相关，γ 波则与运动增多相关。
帕金森病患者运动回路出现宽大畸形的β 波，药物或脑深部电刺激术可使其向生理性β 波转变。β 波不仅局限于皮质下核团，也扩展至核团与运动皮质之间的相位振幅耦合（PAC），与帕金森病运动症状关系紧密。Yin 等发现，相位振幅耦合与帕金森病冻结步态的发生密切相关，并据此提出帕金森病宽频模型。上述研究表明，β 波异常活动是帕金森病病理改变的重要特征，早期的可感知刺激正是以β波为主要生物学标志物开启或关闭刺激（≥ 75% 开启刺激、< 75% 关闭刺激）。
目前，脑深部电刺激术相关电生理学研究逐渐涉猎非运动症状的信号特征，如与认知功能关系紧密的θ波、与睡眠关系紧密的α波等，对这些非运动症状信号的探究将成为帕金森病综合治疗的有效补充，对完善闭环神经调控具有重要作用。
随着人工智能（AI）、大数据分析和神经影像学的融合发展，脑深部电刺激术在帕金森病治疗中的精准化和个性化逐步成为研究焦点。未来，基于人工智能的神经网络建模和个性化参数优化技术将推动刺激靶点的选择和刺激参数的调整，进一步提高脑深部电刺激术疗效和稳定性。闭环脑深部电刺激系统的临床转化和推广，通过实时监测脑电活动，实现动态刺激参数的调整。脑深部电刺激术将在优化疗效的同时，进一步改善患者生活质量，为帕金森病的治疗开辟更广阔的前景。
来源：白宇彤,杨岸超,张建国.帕金森病脑深部电刺激术治疗进展[J].中国现代神经疾病杂志,2025,25(01):17-23.
(本网站所有内容，凡注明来源为“医脉通”，版权均归医脉通所有，未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任，授权转载时须注明“来源：医脉通”。本网注明来源为其他媒体的内容为转载，转载仅作观点分享，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请及时联系我们。)
