低强度聚焦超声刺激（LIFUS）在中风患者中的安全性及可行性研究：I期临床试验报告

作者及机构
本研究由美国杜克大学医学院神经内科的Ziping Huang、Charalambos C. Charalambous、Wuwei Feng等团队主导，合作单位包括杜克大学生物医学工程系、北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程系等。研究成果于2025年1月发表在期刊 *Brain Stimulation*（Volume 18, Pages 179–187）。

学术背景

研究领域：非侵入性神经调控技术（non-invasive neuromodulation）在脑卒中康复中的应用。
研究动机：传统神经调控技术（如经颅磁刺激TMS、经颅直流电刺激tDCS）存在空间分辨率低、无法精准靶向深部脑区的局限。低强度聚焦超声刺激（LIFUS, Low-Intensity Focused Ultrasound Stimulation）通过机械声波调控中枢神经系统，具有毫米级精准靶向、可逆性强等优势，但此前缺乏针对中风患者的安全性数据及参数优化研究。
研究目标：
1. 确定LIFUS在中风患者中的最大安全强度（以空间峰值脉冲平均强度ISPPA衡量）；
2. 探索LIFUS对运动学习（motor sequence learning, MSL）及皮质脊髓兴奋性（corticospinal excitability）的影响。

研究流程与方法

1. 试验设计
采用经典的“3+3”剂量递增设计（dose-escalation），逐步增加ISPPA强度（0、1、2、4、6、8 W/cm²）。停止规则包括：二级头皮烧伤、临床癫痫发作、弥散加权成像（DWI）发现新病灶、或参与者因任何原因退出。

2. 研究对象
纳入18例慢性中风患者（发病>1个月），年龄≥21岁，患侧上肢Fugl-Meyer评分（FM-UE）≤62，且能通过经颅磁刺激（TMS）诱发出运动诱发电位（MEP）。排除标准包括其他神经系统疾病、严重痴呆或MRI/TMS禁忌症。

3. 实验流程
- 基线访视：收集人口统计学资料、MRI结构成像、TMS阈值测定。
- 测试访视：
- LIFUS干预：在患侧运动皮层施加12分钟LIFUS，同时要求患者用患手完成3组运动序列学习（MSL）任务。
- 安全性监测：通过MRI检测ADC（表观扩散系数）变化，观察头皮烧伤或癫痫发作。
- 效果评估：比较干预前后MSL反应时间及MEP振幅变化，按强度分组（低强度组0/1/2 W/cm² vs. 高强度组4/6/8 W/cm²）。

4. 关键技术
- LIFUS设备：定制500 kHz单元素聚焦超声换能器，通过神经导航系统实时定位运动皮层靶点。
- 参数计算：基于颅骨衰减模拟（20%强度透射率），确保颅内ISPPA符合FDA诊断超声安全标准（机械指数MI<1.9，ISPTA<720 mW/cm²）。
- 数据分析：使用FSL和SPM12处理MRI数据，通过Fisher精确检验比较组间差异。

主要结果

1. 安全性
所有18例患者均完成试验，未达到预设停止标准。仅1例8 W/cm²组患者出现轻微头皮灼伤（24小时内自愈），无癫痫或MRI异常。

2. 运动学习（MSL）
高强度组67%患者（6/9）MSL反应时间改善≥20%，而低强度组无改善（0/9，p=0.009）。

3. 皮质脊髓兴奋性
高强度组78%患者（7/9）MEP振幅增加≥20%，低强度组为56%（5/9），但差异未达统计学显著性（p=0.62）。

结论与意义

科学价值：
1. 首次证实LIFUS在中风患者中最高8 W/cm² ISPPA的单次干预安全性；
2. 高强度LIFUS可能通过增强运动皮层兴奋性促进运动学习，为II期疗效试验奠定基础。

应用价值：LIFUS的精准靶向特性为中风后运动障碍康复提供了新工具，尤其适用于深部脑区调控。

研究亮点

1. 创新性方法：结合神经导航与个性化颅骨衰减模拟，实现精准LIFUS靶向；
   
2. 临床转化意义：填补了LIFUS在中风人群中的安全参数空白；
   
3. 多模态评估：综合行为学（MSL）、神经电生理（MEP）及影像学（ADC）指标验证效果。
   

其他价值

研究提出需进一步优化参数（如脉冲重复频率PRF、占空比DC），并建议未来通过CT/MRI颅骨成像个体化计算透射率以提升精度。