北京市先进工作者李路明

发布时间:2015-10-12  访问计数:4288

 

                                             

 

 

李路明教授是清华大学航天航空学院的教授,长江学者,杰出青年基金获得者,2014年获得北京市“领军人才”称号,是清华大学7个校级团队之一的带头人,神经调控技术国家工程实验室主任。

 

在过去的10多年里,李路明教授带领的团队围绕国家载人航天重大工程的需求,参与构建了航天环境下围绕“人”的安全服务的医学监督与医学保障学科体系框架,研制成功了神经肌肉刺激仪等多个仪器设备并装备了“神舟”系列飞船,其中航天员质量测量仪应用于 2013 年“神舟十号”太空教学授课。

 

与此同时,李路明教授将载人航天高技术应用于医疗器械领域,开拓了神经调控工程研究领域,经过10多年努力,研制成功治疗帕金森病的脑起搏器和可充电脑起搏器,获得了产品注册证,已经在全国近50家医院应用,超过700名患者植入了清华研制的脑起搏器,作为全球第二个产品,清华脑起搏器的临床应用,不仅使全球唯一垄断企业大幅降低了价格,还为每一名患者节省了12-15万元,累计节省医疗费用超过亿元。

 

十年磨一剑,清华脑起搏器出世

 

十多年前,在清华和天坛医院探讨学科交叉的研讨会上,2008年最高科学奖获得者、天坛医院王忠诚院士建议李路明从事脑起搏器的研究,并指出脑起搏器对于中国的神经外科和中国的患者太重要了!

 

在认真调研后,李路明了解了脑深部刺激方法,认识了脑起搏器,更认识到了这一工作的重大意义和价值。脑深部刺激是通过埋植在胸前的刺激器向植入在大脑特定靶点的电极发送电脉冲来治疗大脑疾病的新方法,是帕金森病、癫痫、抑郁等疾病的首选外科疗法,对于药物成瘾等治疗有潜在的临床价值。植入人体的脑起搏器是其核心装备,被美国一家巨头垄断;国内相关患者超过6千万人,临床价值重大;不仅如此脑起搏器还是迄今唯一“修复”了大脑功能的人工系统,是研究脑科学的利器。

 

在没有研究和工业基础、没有参考资料的艰苦条件下,李路明教授带领的团队,整整花了10年的时间解决了设计的输入依据是什么?可靠性的接受标准是什么?如何能够让脑起搏器在患者体内可靠地工作10年以上?如何设计动物试验验证?在这个过程中,有众多的基础、技术、工艺问题需要回答。

 

为了真正了解临床,团队的每一个成员都多次到手术室观摩手术;了解患者、医生的要求,在这个过程中,团队和天坛的临床团队建立了密切的合作关系,成为科研上的好伙伴。

 

谈到研发过程,李路明教授说,任何一项重大工程研究,都要经历这样一个艰难的过程。不管是载人航天还是脑起搏器研究,都是竞争对手的核心竞争力,根本不可能获得完整的技术资料,更不可能通过交流获得支持,只能靠自己一点一滴积累。回过头来看,通过一个阶段的研发积累,我们驾驭并掌握了这些基础、技术和工艺,这些成为我们最宝贵的财富,成为后续创新的基础。

 

心系患者,可充电脑起搏器研制成功

 

2007年开始,李路明带领的团队就开始着手研究体外无线充电的脑起搏器,当时的主要考虑是一次性电池的脑起搏器对于患者来说,价格还是太高,如果能够将充电技术用上去会解决患者的更换电池的问题。

 

隔着皮肤,采用无线的方式给脑起搏器充电,看上去很神奇,但是研究工作却是枯燥、甚至有些痛苦。其中要解决的一个核心问题就是电磁耦合在脑起搏器钛壳上产生的涡流造成的发热问题。在经过了大量仿真、测试、优化、离体试验后,从2010年开始进行动物试验。考虑到人体皮肤的厚度,要选用猪来试验,充电过程要2个小时以上才能获得完整的一个周期,“但猪很不好麻醉,麻醉深度大了,要花很长时间照顾它,麻醉前了,在试验过程中,猪就醒了,玩命的叫,两个人按不住,有时候还会出现失禁。这样的试验,做了70多次,将各种不同情况:皮肤厚度、耦合距离和角度状态、散热环境下的控制方法进行了大量研究,发现了植入脑起搏器的内部温度和动物皮肤表面温度的相关性数值,这在后续的临床试验中也得到了验证,为冗余防护奠定了重要的基础。”,李路明回忆这个过程时还是充满了感慨和对团队成员的自豪。

 

可充电脑起搏器于147月份获得注册证,北京市将其列为“创新北京”建设的第一个重大科技成果,迄今,已经有超过100名患者植入了清华研制的可充电脑起搏器。

 

 

从跟踪、并行到引领

 

2010年开始,李路明教授就在思考在实现有无、并行发展基础上,在什么地方突破,当时选择了闭环刺激方法,并得到了自然科学基金支持。

 

根据患者的情况,实现按需刺激,也就是闭环脑刺激是神经调控领域的梦想,但因为无法改动脑起搏器,成了国际同行无法逾越的瓶颈问题。因为掌握了脑起搏器平台技术,并和国内最权威的医院建立了密切的合作关系,李路明教授带领的团队成为最有可能取得突破的研究团队。

 

在过去的几年里,他们已经系统采集了大量临床数据,研究刺激参数和临床症状的关联性,并从2014年开始,建立了一套能够在刺激的同时,采集大脑电生理信号的系统,在动物试验基础上,利用这套系统采集了大量术中数据。第一套能够在刺激的同时实时记录脑电信息,并即时传出的系统已经完成工程样机,即将进行猴子的全植入试验,并将很快进入临床,这对于从电生理角度回答疾病机制提供了一个强有力的工具,采用这套系统,可以很快开展用于戒毒、老年痴呆的研究,同时还可以作为无线脑机接口的平台为残疾人服务。

 

李路明教授带领团队的研究工作,使我国成为继美国之后,全球第二个能够研制、生产制造脑起搏器并将其应用于临床的国家,惠及众多患者,推动该医疗领域的进步、发展。这些成果已落户北京,2009年入选“中关村自主创新六个重大科技成果”,2010年,该成果作为国家“十一五”支撑计划社会发展领域十大科技成果参加“十一五”重大科技成就展;2012年,脑起搏器研究入选当年“中国高校十大科技进展”。20149月,素有“诺贝尔”生理学或医学奖风向标之称的“拉斯克”奖,被授予第一个采用脑起搏器治疗帕金森病的法国医生和发现刺激靶点的美国科学家,第一次让脑起搏器走进了大众的视野。

 

2015年,他们的团队将陆续和国内的临床专家开展治疗戒毒、老年痴呆、癫痫等研究,他们研制的迷走神经刺激器也已完成了临床试验进入随访阶段。从技术上支撑在北京建设全球第二个神经调控产业是李路明新的目标。

 

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