超声脑机接口：开启无创精准神经调控新时代
CMEF2026期间，在由中国生物医学工程学会超声医学工程分会主办的“影像医学工程融合发展论坛”上，北京大学未来技术学院生物医学工程系、国家生物医学成像科学中心戴志飞教授做了关于《超声脑机接口：开启无创精准神经调控新时代》的演讲，其演讲主要围绕精准超声神经调控与治疗技术展开。
一、什么是低强度聚焦超声（LIFU）
低强度聚焦超声（LIFU）是一种新兴的非侵入性神经调控技术。它能够无创地穿过颅骨，以毫米级精度聚焦于大脑深部任意区域，利用超声波的机械效应实现对神经元活动的兴奋或抑制调控，因此也被称为超声“写入”大脑的技术。
LIFU有三大核心特征：
1.穿透性与聚焦性：结合相控阵技术与神经导航系统，LIFU可精准穿透颅骨，聚焦于脑干等深层生命禁区，误差小于1毫米。
2.高分辨率：相比传统的电、磁刺激，LIFU的空间精度更高，能够靶向特定的神经核团。
3.双向调节：通过调整超声频率、脉冲重复频率等参数，LIFU可选择性地兴奋或抑制目标脑区的神经活动，且效应可持续。
随着相关医疗器械和“声敏”介质的研发，LIFU正从基础研究走向广泛的临床转化。主要应用方向包括：
• 脑胶质瘤治疗：结合声敏剂（如5-ALA、血卟啉），LIFU可激活药物产生活性氧，特异性杀死肿瘤细胞；联合微泡可瞬时、可逆地开放血脑屏障，帮助药物进入大脑。
• 神经精神疾病调控：靶向丘脑抑制震颤（帕金森病、特发性震颤）；促进神经营养因子释放，改善认知（阿尔茨海默病、脑卒中）；调控前额叶等脑区治疗抑郁症、成瘾、癫痫。
• 超声脑机接口：与EEG、fMRI等技术结合，形成“读取-写入-反馈”的闭环系统；结合压电纳米颗粒，实现无需基因编辑、无植入电极的深部脑刺激。
二、LIFU精准神经调控与治疗
戴志飞教授重点介绍了LIFU精准神经调控与治疗仪，其核心组成包括：LIFU精准神经调控与治疗平台和多模态影像融合神经导航系统。
（一）LIFU精准神经调控与治疗平台
图 LIFU精准神经调控与治疗平台
首先，整合CT、T1、T2、Flair、T1ce等多种影像数据，通过配准与亚毫米级靶区分割，结合AI算法提取患者特异性声学信息（颅骨密度、软组织分布等），实现个体化建模。
接着，通过相控阵技术快速计算各阵元所需的延时和幅值，实现对超声焦点位置、强度及衰减的动态调控，解决颅骨引起的相位畸变与能量衰减问题。
最后，采用多阵元、多频率（0.3、0.5、0.8 MHz）的聚焦换能器，根据不同靶点深度与分辨率需求切换频率，实现亚毫米级精度的声束投射。
基于此，该平台实现从“患者特异性信息获取”到“精准声束控制”，再到“靶点执行”的闭环流程。
（二）多模态影像融合神经导航系统
系统将脑部CT与MRI进行三维空间配准后，基于深度学习模型建立高精度脑靶部位自动分割算法（与dFormer、BiT、TransBTS等算法对比，本方法更优），精准定位脑组织与颅骨的相对位置。
系统引入颅外摄像头，实时定位换能器各阵元的空间位置，结合融合影像中的颅骨与靶点三维坐标，精确计算每一束超声的入射路径（角度、穿透距离、颅骨界面）。最终目标定位误差控制在<1mm，满足神经外科导航要求。
（三）LIFU精准神经调控与治疗仪：读写闭环融合
图 LIFU精准神经调控与治疗仪
戴志飞教授介绍，目前其研制的LIFU精准神经调控与治疗仪已完成3台工程样机，顺利通过型检。该仪器将LIFU的“写脑”能力与多种“读脑”技术（EEG、MEG、fMRI、fNIRS）一体化融合，通过读写闭环实现自适应调控，这也是超声脑机接口的代表性产品。
该仪器的核心优势为多适应症、安全、全脑可及、操作方便、成本低。其适应症广泛，包括脑胶质瘤、抑郁症、耳鸣伴睡眠障碍、脑卒中、癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病、毒瘾等。
在一项涉及25名人类受试者的研究中，研究者使用聚焦超声刺激受试者的视觉皮层（V5区），显著增强了其脑电信号（尤其是Theta振荡），使受试者的注意力得到提升。随着相控阵小型化、AI算法优化和多模态融合，超声BCI有望在5-10年内进入临床主流。
三、国产磷脂微泡：超声脑机接口的双向通信介质
磷脂微泡在超声脑机接口（uBCI）中扮演着“信号放大器”与“效应执行器”的双重角色。它不仅是实现高分辨率脑血管成像的“读脑”介质，也是精准开放血脑屏障、进行基因递送的“写脑”工具。
在“写脑”层面，微泡是实现超声精准干预的基石。当低强度聚焦超声（LIFU）照射时，微泡产生剧烈的机械振荡（空化效应），产生双重作用：
• 瞬时开放屏障：可逆地打开血脑屏障，帮助大分子药物或基因载体进入脑组织。
• 物理调控：利用机械应力直接调节神经元活动，实现无创深部脑刺激。
国产微泡的核心突破在于粒径与成像参数。进口产品粒径多在2.5μm的微米级产品；而国产微泡中，绝大部分（超过74%）是尺寸更小（纳米级）的颗粒纳米，更小的尺寸使其更易穿过血管壁。在III期临床试验中，国产微泡在敏感度改善（24.6% vs 13.7%）和准确度改善（24.9% vs 15.6%）上均显著优于进口产品，且无严重不良反应。
戴志飞教授介绍，“读脑”方面，国产磷脂微泡结合超分辨超声成像技术，已可在5μm分辨率下动态监测脑缺血再灌注中微血管血流变化、血管曲度及脑中线偏移，并评估侧支代偿能力。“写脑”方面，国产磷脂微泡联合低强度聚焦超声（LIFU），已实现超声介导的脑靶向基因递送与“写脑”调控。
新一代的超声响应型脂质纳米粒（SLNP）进一步提升了效率。它具备“无超声、不释放”的特性，且由于尺寸更小、具备“隐身”能力，其安全剂量较传统纳米粒提高5倍以上，同时将肝脏非特异性表达降低86倍，实现了真正的脑区特异性基因调控。
该技术不仅用于治疗（如脑胶质瘤、神经退行性疾病），更被定位为人脑与人工智能融合的底层技术——通过超声精准写入特定基因或功能蛋白，可在神经元层面实现活动调控、记忆编码或神经环路重塑，为未来闭环脑机接口与神经修复提供关键使能工具。
四、LIFU联合声动力治疗（SDT）治疗脑胶质瘤
声动力治疗（Sonodynamic Therapy，SDT）是一种新兴的非侵入性肿瘤治疗技术，通过低强度聚焦超声（LIFU）激活在肿瘤部位富集的声敏剂，产生活性氧物质（ROS）选择性杀伤肿瘤细胞，同时对周围正常组织损伤较小。
SDT因其深层组织穿透能力（>10 cm）和时空精准特性，被视为光动力疗法的升级替代方案，尤其适用于脑胶质瘤等深部肿瘤的治疗。
目前，LIFU联合声动力治疗（SDT）主要用于高级别胶质瘤（GBM）和脑干弥漫性中线胶质瘤（DIPG）的治疗。DIPG是青少年儿童脑瘤死亡的主因（>60%），确诊后1年生存率仅16%，2年生存率仅6%。
戴志飞教授团队与郑州大学放疗与肿瘤危重症研究所所长、郑大附一声/光动力治疗中心主任郑颖娟教授团队合作，自2021年11月至今，利用LIFU联合声动力治疗（SDT）疗法，共治疗86例脑胶质瘤患者。有效率 > 90%，表明大部分患者从该联合治疗中获益。目前，首例患者已稳定超过4年，这一结果在高级别胶质瘤（尤其是复发/难治性）中极为罕见，具有重要的临床意义。该研究已获得伦理批准（伦理批号：L/G2022-K001-003）。
表 SDT与传统脑胶质瘤治疗技术对比
SDT与当前脑胶质瘤主流及前沿治疗技术对比可见，SDT在疗效、安全性、全脑覆盖、年龄普适性、治疗负担、设备与患者成本等方面均展现出系统性超越。尤其在脑干等禁忌区域和儿童患者中，具有不可替代的优势。
若临床验证持续证实其长期生存获益，该技术有望成为脑胶质瘤，特别是高级别、复发及特殊部位肿瘤的一线或重要补充治疗范式，真正实现“颠覆性技术”的定位。
五、产业化进展：声动医疗科技（无锡）有限公司
通过国家重大科研仪器研制项目成果转化，戴志飞教授于2024年6月成立声动医疗科技（无锡）有限公司。公司由总经理李志军（全职）带领，核心成员在聚焦超声设备研发与生产领域拥有超过20年的行业经验，形成一支5人核心团队，专注于LIFU神经调控、超声脑机接口的研发。
目前声动医疗的首款产品 UT01 预计10月获得注册证与生产许可证，即将进入市场。第二款产品 SDT01 已完成3台工程样机并进入型检阶段（参见前文LIFU-SDT脑胶质瘤治疗仪）。两条产品线分别对应神经调控与肿瘤治疗，形成梯次发展。
明确的产品管线，叠加明确的适应症拓展能力，使声动医疗有望成为我国无创脑调控与超声治疗领域的标杆型产业力量。
六、总结
LIFU技术以其无创、深部、高分辨、全脑可及的核心优势，在脑胶质瘤治疗、神经精神疾病调控、超声脑机接口等领域展现出颠覆性潜力。国产磷脂微泡的成功研发打破了进口依赖，SLNP基因递送系统为人脑/AI融合提供了底层技术，多模态跨尺度观测平台则为机制研究与闭环调控奠定了硬件基础。
LIFU正在从一项物理调控工具演变为一个全新的医疗生态系统，有望重塑无创神经调控与精准治疗的整体格局。当然，其作用机制、长期安全性及大规模临床应用的参数标准化仍需进一步研究。
