腦起搏器（又被稱為DBS），是一種有源植入醫療器械，常用于治療帕金森病、肌張力障礙等神經精神疾病。系統包括電極、脈沖發生器和導線，和心臟起搏器類似。它是利用腦深部電刺激療法（DBS），通過手術將電極植入到大腦特定腦區，發送一定頻率的電脈沖，對異常的大腦放電進行調控，從而達到改善或治療疾病的目的。
腦起搏器分為中樞型腦起搏器和周圍型腦起搏器。1985年，Zabara首次提出應用VNS治療癲癇的設想。1987年，法國學者Benabid開創的腦深部電刺激術(deep brain stimulation)，被稱為腦起搏器。這項技術在20世紀60年代曾用于控制疼痛，進行腦深部電刺激治療帕金森病的臨床研究，同年，美國Cy-beronics公司成功地研制出迷走神經刺激裝置，應用于臨床。
腦起搏器（DBS），對帕金森綜合征和阿爾茲海默癥，提供了一種可以調節的可逆性治療手段，同時對梅杰綜合癥（一種罕見的顱頸部節段性肌張力障礙），是較安全有效的替代治療方案。它還能顯著提高了患者胰島素敏感性，dbs和fMRI聯用對解析DBS治療各類神經類疾病的機理和效果有重要意義。
發展歷程
中樞型腦起搏器發展歷程
1987年，法國學者Benabid開創的腦深部電刺激術(deep brain stimulation)，亦被稱為腦起搏器。這項技術在20世紀60年代曾用于控制疼痛，從1987年開始進行腦深部電刺激治療帕金森病的臨床研究，20世紀90年代中后期起在歐美大量應用于臨床。中樞型腦起搏器現被稱為是繼左旋多巴后帕金森病治療的又一里程碑，目前已是美國政府指定的帕金森病的有效治療方案。中國自行研制生產的清華腦起搏器，研發始于2000年，2009年開始臨床試驗，2013年5月獲得醫療器械注冊證。研究數據顯示，到2030年，全球一半帕金森病患者將在中國，預計將達1500萬人。然而，受信息、經濟等條件的制約，我國許多帕金森病患者并沒有能夠得到及時正確的治療。以治療3~5期帕金森病最主流的腦起搏器手術為例，全球有超過60000人接受該治療，而我國僅2000余人，所以有必要普及中樞型腦起搏器這項技術的相關知識。
周圍型腦起搏器發展歷程
即迷走神經刺激治療(vagus nerve stimulation，VNS)，是目前治療難治型癲癇的有力手段。早在20世紀20~30年代，人們就認識到VNS可引起腦電活動的變化，1985年，Zabara首次提出應用VNS治療癲癇的設想，1988年，美國Cy-beronics公司成功地研制出迷走神經刺激裝置，應用于臨床。VNS手術是將刺激器植入左側鎖骨下，刺激器電極固定于頸部迷走神經，胸壁刺激器不斷發放電流引起腦電活動及神經遞質變化，達到治療癲癇的目的。迄今為止，全世界已有超過75個國家的8萬多例患者接受迷走神經刺激術治療。目前國內已完成300余例手術。我國約有癲癇患者900萬，包括活動性癲痛約600萬，其中20%~30%的患者對藥物治療效果不佳，即難治性癲癇隨著功能神經外科的發展，難治性癲癡治療取得了突破性的進展，VNS被廣泛的關注。
分類
世界上共有兩種腦起搏器：中樞型腦起搏器和周圍型腦起搏器。
醫療用途
中樞型腦起搏器
只有原發性帕金森病患者，對左旋多巴藥物敏感，發病至少5年，具有明顯的運動功能障礙，患者精神狀態評估必須是正常的，沒有明顯焦慮抑郁和記憶力減退，年齡應在75歲以下，磁共振檢查顯示腦萎縮不明顯的患者才適合中樞型腦起搏器。由于安裝中樞型腦起搏器后部分患者的智力會有所減退，故該手術并不適合已經出現記憶力衰退的患者。正確地選擇患者接受中樞型腦起搏器是術后取得較好療效的保證。
帕金森病的中樞型腦起搏器手術適用于：1、原發性帕金森病，服用左旋多巴曾經有效；2、藥物療效已逐漸降低或出現副作用；3、疾病已開始嚴重影響正常工作生活；4、沒有明確智力障礙，手術和隨訪合作良好；5術中或術后的測試刺激能有效控制癥狀。
中樞型腦起搏器技術還可以治療特發性震顫、扭轉痙攣、癲癡和強迫癥、嚴重抑郁癥、嚴重焦慮癥和恐怖癥神經性厭食癥、痙攣型腦癱等功能疾病。
周圍型腦起搏器
迷走神經電刺激術適用于不適宜作切除手術的難治性癲癇，有部分復雜性和(或)繼發性全身性癲癇發作患者，但目前適應證有擴大趨勢。如可用于兒童，治療Lennox-Gastant綜合征或原發性全身性癲癇。以往左側頸部有迷走神經切斷史。有進展性神經系統或全身疾病。
按照美國食品藥品監督管理局的認可，VNS適用于那些已接受23種對癥的抗癲癇藥物但治療失敗且不適合癲病手術的患者(有良好的手術適應證時，手術治療仍為第一選擇，因徹底控制癲痛發作方面，手術治療優于VNS)。癲病手術失敗的患者也可考慮VNS。對12歲以上的青少年和成人患者，VNS治療只作為減少癲痛發作頻率的一個輔助治療方法。
結構原理
中樞型腦起搏器
原理
中樞型腦起搏器在腦內特定的神經核團植入電極，釋放高頻電刺激，抑制了這些因多巴胺能神經元減少而過度興奮的神經元的電沖動，減低其過度興奮的狀態從而減輕帕金森病癥狀。中樞型腦起搏器治療緩解帕金森病的3個主要癥狀：震顫、僵直和運動遲緩，尤其對中線癥狀有很好的改善作用，如起步和翻身困難等。
組成
中樞型腦起搏器是一套精致小巧的微電子裝置，包括一個脈沖發生器、一根電極和一根延伸導線，這些部件均植入體內植入體內的部件不會影響患者的日常生活。
可植入的部分
1、神經刺激器：如同起搏器的裝置，包括一個電池和一組微電路系統。將之植入于鎖骨附近皮下，可經由延長線產生電子訊號而傳導至腦內深層的目標部位。其規格尺寸與秒表類似(6cmx5.5cmx1cm)神經刺激器重約42g。
2、腦起搏器導線：每條導線都包括4條薄絕緣線圈以及尖端的4個1.5mm電極。導線植于帕金森病患者腦部之丘腦下核或蒼白球區，或植于帕金森病或自發性顫抖患者之腹間核。此導線利用一個電極或一個多電極組合來傳遞刺激。
A.腦起搏器治療帕金森病；B.腦起搏導線；C.神經刺激器；D.患者使用的控制器；E.醫生使用的程控儀；F.植入中樞型腦起搏器后影像。
患者使用的控制器
患者將此小巧可握式控制器置于神經刺激器上方，按壓其上的按鈕以可控制神經刺激器的開與關，檢測系統的開關狀態以及檢查電池狀態
醫生使用的程控儀
臨床醫生可使用此儀器，以無創傷的方式檢查神經刺激器的工作狀態，并根據病情和反應調整設置合適的刺激參數，還可以得知電池的使用情況
手術步驟
(1)安裝立體定向頭架：立體定向頭架幫助神經外科醫生確定放入電極的位置。此過程采用局部麻醉，除輕度的受壓感外般無明顯不適。(2)固定頭架。(3)CT或磁共振(MRI)檢查。(4)仿真定位解剖。(5)植入電極：根據前面的定位找準刺激部位后，把電極放進大腦。(6)效果測試：植入電極后，醫生會進行初步的測試。先讓患者做一些簡單的動作，如拿杯子、伸展手臂、畫螺旋線等然后根據患者的感受和癥狀改善程度，進一步調整電極的位置和刺激強度，以取得最佳效果。(7)復檢核磁，查看電極植入。(8)植入整個系統：如果測試中癥狀得到控制，醫生可進一步植入整個腦起搏器系統。此過程可以立刻進行也可以觀察數日后進行。中樞型腦起搏器則很少出現副作用，這是患者樂于接受的重要原因。正由于上述優點，在美國、加拿大和歐洲等發達國家已經很少人去做毀損術，接受腦起搏器治療的帕金森病患者越來越多。在國內，復旦大學附屬華山醫院等已經治療了相當多的病例。但需要強調的是，放置中樞型腦起搏器后并不能完全替代藥物治療。手術僅能延緩帕金森病的進程，卻不能令疾病消除。
周圍型腦起搏器
原理
VNS抗癲病作用的機制目前尚不十分清楚。VNS的工作原理是將刺激器植入左鎖骨下的胸大肌淺層，刺激器電極固定于頸部迷走神經，胸壁刺激器不斷發射電流引起腦電活動及神經遞質變化，達到治療癲病的目的
結構組成
迷走神經刺激術的植入式治療系統包括脈沖發生器、導線、掘進器、編程棒、患者工具盒、軟件和掌上電腦等。
導線電極
Cyberonics Inc.生產的刺激電極(Cy-beronics Model 300-20，Model 300-30)呈稀疏的螺旋形，用硅橡膠制成三環螺旋圈，形狀與迷走神經相一致。三環中的中間一環的內側放鉑條電極，迷走神經包圍在環內，調節環的大小，使迷走神經與電極接觸。由于電極的接觸面積大，可使刺激闖值較低。
脈沖發生器
可編程脈沖發生器(Cyberonics Model100)是用幾塊互補型金屬氧化物半導體(CMOS)集成電路，包括一個微型信息處理器。裝置內的天線接收編程信號用來改變刺激參數，并通過射頻信號傳遞遙測信息。能源系一個密封于缽殼內的-氯化亞硫酷電池。系統編程功能包括控制輸出電流、刺激頻率、脈沖寬度、刺激開啟時間和關閉時間、每日治療時間及信號起始延遲時間。一旦刺激系統編好程序，脈沖發生器即按固定程序連續工作，直至再一次編入新程序為止
編程棒
使用編程軟件(Model 250)和編程棒(Cyberonics Model 200)，通過IBM兼容的personal computer能對脈沖發生器編制程序一旦脈沖發生器植入患者鎖骨下的胸部皮下，編程棒可無創地與脈沖發生器進行通訊聯絡。
手術步驟
手術時主要將一微型組件的刺激器(55mmx13mm)埋植于左鎖骨下區皮下組織內的小囊袋中，并將電極經皮下隧道引入頸下部，纏繞在迷走神經上
一般選用左側迷走神經行刺激治療(選用右側迷走神經有可能導致重度心動過緩)。在手術中，醫生需要在患者全麻后于其頸部和左側胸部做兩個小切口，為患者植入類似于起搏器的，厚約6.99mm直徑為52mm的小型脈沖發生器一其可發送電刺激至頸部的迷走神經左支，迷走神經將電刺激傳入大腦，以此來減少引起癲病的不規則放電。
主要步驟包括：
1、切口：全麻后，于左鎖骨上一橫指半的頸下部做一橫切口，潛行向上下分離皮下，牽開器牽開皮膚，垂直切開頸闊肌，分離出胸鎖乳突肌、頸動脈鞘。2、顯露迷走神經。3、植入刺激器于左鎖骨下區胸壁上做一橫切口，長710cm。從胸筋膜上鈍性分離鎖骨下區的皮下組織，做成一囊袋狀，以備能容納刺激器，然后用分流引導器從胸部切口經皮下隧道將電極導線引至頸部切口中，將螺旋狀的電極纏繞在左側迷走神經上。將短導線在下方相銜接，長導線向上銜接導線與刺激器相連接完好。4、術中測試將刺激器開啟，持續刺激15分鐘，觀察患者反應，特別是要嚴密觀察有無快或慢的心律失常出現。一旦出現嚴重心律失常等將影響患者生活質量乃至威脅生命的并發癥時，則需要慎重判斷患者是否能承受VNS治療的副作用，再選擇為其最終植入或終止手術。5、逐層縫合：縫合術畢先不開啟刺激程序，待術后傷口穩定(-般2~3周)再啟用。6、術后程控：脈沖發生器發出的電脈沖頻率因患者而異，大約每隔3~5分鐘向大腦發出約30秒的刺激，輸出電流可根據患者的實際需要進行調整。在醫生或護士對裝置進行設定之后，該裝置會按照程序24小時工作。般情況下，電池壽命為6~11年。該系統的“立即開啟”功能可以在患者感覺癲病要發作時或在發作過程中，將一塊磁鐵擦過裝置相對于體表的位置來立即啟動裝置，這樣能終止癲癇發作、縮短發作時間或減輕發作強度。
VNS不同于其他療法還在于治療的長期性。脈沖電流的各項參數，根據患者的不同發作情況，可以通過外部的程控器，隨時進行調控，以便于找到最適合患者的刺激參數，達到最佳的狀態。提供的外部磁鐵，還可以讓患者自己，根據具體的情況，簡單的改變刺激形式，有助于療效的進一步穩定。
臨床應用
國外的大宗病例統計結果表明，VNS后24個月，癲癇發作次數平均減少50%左右。5%~9%的患者發作完全停止;7%的患者發作次數減少90%以上；30%的患者減少75%以上；55%的患者減少50%以上，13%的患者癲痛發作次數僅減少30%~50%;10%的患者無效。國外另項納入3822例癲癡患者的研究顯示VNS術后3、6、12、18和24個月，患者癲痛發作次數分別減少47.0%、52.9%60.0%、62.7%和66.7%;術后24個月8.3%的患者發作完全停止，26.8%的患者發作次數減少90%以上，43.7%的患者減少75%以上，62.2%的患者減少50%以。
迄今為止，我國共計完成300余例VNS手術。由于治療成本的限制(植入裝置費用十余萬元)，我國在2009年以前完成的例數較少，總計為31例。近年來，相關研究進展很快，僅2009年就完成了47例超過了以往例數總和，總體效果比較理想。
是否可將VNS應用于治療難治性抑郁癥的患者，目前存有爭論。2005年，美國食品藥品監督管理局批準將VNS用于抑郁癥的治療。但時至2007年2月，美國醫療保險及公共醫療補助中心頒布的初步決議未將VNS納入保險服務范圍，認為其治療抑郁癥的有效性缺乏科學依據。而另一家藍十字保險公司也以相同的理由，拒絕了為VNS用于抑郁癥治療的患者提供保險，但這兩家機構都將VNS用于癲病治療納入了保險范圍控制癲痛的一些其他的神經刺激方式目前還在研究。包括前丘腦刺激、反應性神經刺激和三叉神經刺激?，F在還沒有一種被FDA批準。
安全風險
中樞型腦起搏器
中樞型腦起搏器則很少出現副作用，這是患者接受的重要原因。正由于上述優點，在美國、加拿大和歐洲等發達國家已經很少人去做毀損術，接受腦起搏器治療的帕金森病患者越來越多。在國內，復旦大學附屬華山醫院等已經治療了相當多的病例。但需要強調的是，放置中樞型腦起搏器后并不能完全替代藥物治療。手術僅能延緩帕金森病的進程，卻不能令疾病消除。
三周圍型腦起搏器
VNS對患者的認知功能無明確的副作用，現已證明對于已服用1種或1種以上抗癲痛藥物的患者有益，但對有心律失常哮喘或活動性肺疾病、消化性潰瘍、胰島素依賴型糖尿病及妊娠者禁忌使用。
基于VNS的工作方式，刺激點在頸部的迷走神經左支，雖比在右側刺激好些，但仍然不能完全避免對心臟傳導的抑制作用，尤其是對房室結。術中雖有15分鐘的刺激測試，但患者處于全麻狀態，全身反應性較低，不能完全客觀地反映出其對迷走神經刺激后的心臟耐受情況。且在術后的刺激程序中其刺激電壓的設置會比術中測試時低，刺激時間也由測試時的持續15分鐘轉為每5分鐘刺激30秒，這樣刺激強度明顯降低，所以即使術中測試時真的出現了迷走刺激的心律失常，既往的資料表明大多數患者在術后的治療強度刺激時并沒有再出現類似的心臟抑制。且接受VNS治療的兒童和年輕患者居多，這些患者大多沒有器質性心臟疾病。根據Arde-sch JJ，2007年報道，111名接受VNS治療的患者在術中測試時3名出現心臟副作用，但在術后使用VNS時未再出現。根據Tatum WO1999年的報道，VNS心臟副作用的發生在1‰。所以一方面對于整個患者群來說，VNS的治療是很安全的但另一方面也讓我們清醒地看到，對于真正存在不可忽視的心臟副作用隱患的患者，我們很難早期識別。
目前，美國已經開始在臨床使用應答式的迷走神經刺激治療(response nervestimulation，RNS)，這種對腦電圖有監測和判斷功能的新型刺激器，會在程序中設定一個電壓的上限，一旦患者腦電波中出現了超過設置上限的，也就是臨床上認為會引起癲痛發作的“先兆異常高壓”就會被刺激器識別，從而觸發對迷走神經的刺激來預防癲病發作。這種有針對性的刺激發放，大大減少了刺激器的工作頻度也相應減少了迷走神經刺激帶來的副作用。
參考資料 >
神奇的“腦起搏器”.中國科學院.2023-12-25
科學家嘗試“光療”帕金森病.中國科學院.2023-12-27
趙繼宗:在人類生命科學的神秘疆域求索.中國科學院.2023-12-27
研究發現內側蒼白球電生理特征可預測梅杰綜合癥深部腦刺激治療效果.中國科學院.2023-12-27
刺激大腦有助治療糖尿病.中國科學院.2023-12-27
與磁共振高度兼容的電極促進解析深部腦刺激治療機理.中國科學院.2023-12-27