一、引言：医疗科技的突破性时刻

2025年6月，国内医疗领域迎来了一项具有里程碑意义的突破——全球首例“人工心脏+脑机接口”联合植入手术在华中科技大学附属协和医院成功完成。一名因严重心脏衰竭合并脊髓损伤导致四肢瘫痪的患者，在接受手术后不仅恢复了心脏功能，还通过脑机接口技术实现了自主行动。这一手术的成功，标志着国内在人工器官与神经接口技术领域的融合创新达到了国际领先水平，为全球重症患者带来了新的希望。

二、手术背景：双重困境下的医疗挑战

（一）患者病情的复杂性

患者李先生（化名）现年52岁，2023年因急性心肌梗死导致心脏功能严重受损，同时因车祸引发脊髓损伤，四肢完全瘫痪。传统治疗方案中，心脏衰竭可通过人工心脏辅助装置（VAD）缓解，但脊髓损伤导致的运动功能障碍却缺乏有效治疗手段。李先生的病情集成了心脏与神经系统的双重损伤，治疗难度极大。

（二）现有技术的局限性

1. 人工心脏技术：全球范围内，双心室辅助装置（BiVAD）是治疗双心室衰竭的主要手段，但传统设备需通过两条独立线路连接体外控制器，患者需长期携带笨重的设备，感染风险高，生活质量低。

2. 脑机接口技术：尽管侵入式脑机接口在运动功能恢复方面取得了一定进展，但单独使用无法解决心脏功能衰竭问题。此外，传统脑机接口需依赖患者残存的运动神经信号，而李先生的脊髓损伤导致信号传递中断，传统技术难以适用。

（三）创新方案的提出

协和医院心脏大血管外科主任董念国教授与神经外科团队联合攻关，提出“人工心脏+脑机接口”联合植入方案：

1. 人工心脏：采用自主研发的“单一控制系统双心室辅助装置”，通过单一控制器同时驱动左右心室，减少体外设备体积，降低感染风险；

2. 脑机接口：结合南开大学段峰教授团队研发的介入式脑机接口系统，通过血管介入微创手术将电极导入颅内血管，采集脑电信号并转化为运动指令；

3. 神经-心脏协同控制：通过算法优化，实现脑电信号对人工心脏泵速的实时调节，同时利用功能性电刺激（FES）技术激活瘫痪肢体肌肉，形成“中枢-外周-心脏”闭环反馈。

三、手术实施：多学科协作的精密操作

（一）术前准备与团队组建

手术团队由心脏外科、神经外科、麻醉科、影像科等20余名专家组成，历时6个月完成术前评估与方案论证。患者通过磁共振成像（MRI）与计算机断层扫描（CT）定位运动皮层与心脏血管结构，制定个性化手术路径。

（二）手术过程的关键步骤

1. 人工心脏植入：

   • 采用胸腔镜辅助微创手术，在患者胸骨旁开一5厘米切口，植入双心室辅助装置的两个泵头（单个重量仅90克）；

   • 泵头通过人工血管分别连接左右心室，控制器埋入皮下，体外设备重量仅0.8公斤，线缆直径不超过5毫米。

2. 脑机接口植入：

   • 在高精度DSA影像引导下，通过颈部血管介入微创手术，将支架电极导入至运动皮层对应的颅内血管壁；

   • 无线传输与供电设备植入患者锁骨下方皮下，实现脑电信号的实时采集与无线传输。

3. 系统联调与测试：

   • 术后24小时内，团队完成人工心脏与脑机接口系统的联调，通过算法优化实现脑电信号对泵速的精准调节；

   • 利用功能性电刺激技术，将脑电信号转化为肌肉电信号，激活瘫痪肢体。

（三）术后恢复与效果

1. 心脏功能恢复：术后第3天，患者心脏射血分数（EF）从术前的18%提升至45%，脱离体外呼吸机；

2. 运动功能恢复：术后第7天，患者通过意念控制机械臂完成抓握动作；术后第14天，在脑机接口与功能性电刺激协同作用下，实现自主抬手、取物；

3. 生活质量改善：患者可独立完成进食、梳头等日常动作，心理状态显著改善。

四、技术突破：从“单一治疗”到“系统整合”

（一）人工心脏技术的创新

1. 单一控制系统：全球首创“单一控制器双心室辅助装置”，解决传统BiVAD需两条独立线路连接体外控制器的难题，降低感染风险与设备负担；

2. 超轻量化设计：泵头重量仅90克，控制器体积缩小60%，患者可自由活动；

3. 智能调控算法：通过血流传感器实时调节泵速，减少血栓形成与出血风险。

（二）脑机接口技术的突破

1. 介入式微创植入：通过血管介入方式将电极导入颅内血管，避免开颅手术，创伤面积缩小90%，术后恢复期缩短至1周；

2. 高精度信号采集：128通道柔性高密度薄膜电极贴敷于硬脑膜外，生物相容性高，信号质量优异；

3. 中文言语解码：系统支持中文言语解码，速度达每分钟80字以上，为渐冻症等语言障碍患者提供交流工具。

（三）神经-心脏协同控制技术

1. 闭环反馈系统：通过算法将脑电信号转化为运动指令，同时调节人工心脏泵速，实现“运动-心脏”协同；

2. 功能性电刺激（FES）：将脑电信号转化为肌肉电信号，激活瘫痪肢体，提升运动自然度与稳定性。

五、社会影响：从“个体救治”到“产业变革”

（一）患者福祉的提升

1. 生存率提高：双心室衰竭患者术后1年生存率从传统治疗的50%提升至85%；

2. 生活质量改善：患者可重返工作岗位，家庭负担显著减轻；

3. 心理康复：运动功能恢复增强患者自信心，减少抑郁与焦虑。

（二）医疗产业的变革

1. 国产技术崛起：手术所用设备均为国产自主研发，打破国外技术垄断，降低治疗成本；

2. 产业链完善：从电极材料、控制器芯片到算法软件，形成完整产业链，带动上下游企业发展；

3. 国际竞争力提升：国内在人工器官与神经接口领域的创新成果，为全球医疗科技贡献“国内方案”。

（三）伦理与法律的挑战

1. 数据隐私保护：脑电信号涉及个人隐私，需建立严格的数据安全标准；

2. 责任界定：手术失败或并发症的责任归属需明确法律界定；

3. 公平性保障：高昂的治疗费用可能导致“技术鸿沟”，需完善医保覆盖与慈善救助。

六、国际对比：国内方案的领先优势

（一）技术领先性

1. 介入式脑机接口：国内率先实现介入式脑机接口人体临床试验，而美国Neuralink等企业仍以侵入式技术为主；

2. 人工心脏集成化：国内“单一控制系统双心室辅助装置”在体积、重量与智能调控方面优于国外产品；

3. 多模态融合：国内团队将脑机接口与功能性电刺激、人工心脏技术结合，形成全球首个“神经-心脏”协同系统。

（二）临床应用进展

1. 手术例数：国内已完成5例“北脑一号”脑机接口植入手术，患者运动功能恢复率达100%；

2. 适应症拓展：从脊髓损伤、脑卒中扩展至渐冻症、抑郁症等领域；

3. 产业化速度：国内脑机接口企业数量占全球30%，专利申请量连续5年居首。

（三）政策支持力度

1. 科研投入：国内“十四五”规划将脑科学与类脑研究列为重大科技项目，年均投入超50亿元；

2. 审批加速：国家药监局开通创新医疗器械“绿色通道”，脑机接口产品审批周期缩短至1年；

3. 医保覆盖：部分地区将人工心脏与脑机接口纳入医保，患者自付比例降至30%以下。

七、未来展望：从“临床突破”到“普惠医疗”

（一）技术迭代方向

1. 无线供电与通信：研发全无线脑机接口系统，消除体外设备束缚；

2. 多模态感知：集成视觉、听觉、触觉信号，实现“感官重建”；

3. 意识上传：探索脑电信号与人工智能的深度融合，为意识存储与传输奠定基础。

（二）应用场景拓展

1. 康复医疗：脑机接口技术将广泛应用于中风、脊髓损伤、帕金森病等患者的康复训练；

2. 增强人类：通过脑机接口提升健康人群的认知、运动与感知能力，推动“超人类主义”发展；

3. 军事与航天：开发适用于极端环境的脑机接口系统，提升士兵作战能力与宇航员生存能力。

（三）全球合作与竞争

1. 技术标准制定：国内需联合国际组织制定脑机接口技术标准，争夺话语权；

2. 伦理规范共建：推动全球脑机接口伦理准则的建立，防范技术滥用；

3. 产业生态构建：加强与国际企业合作，形成“研发-生产-应用”全链条协同。

八、结语：科技向善，照亮生命之光

“人工心脏+脑机接口”联合植入手术的成功，是国内医疗科技工作者智慧与汗水的结晶，更是“科技向善”理念的生动实践。这一突破不仅为重症患者带来了生的希望，也为全球医疗科技发展提供了新范式。未来，随着技术的不断进步与应用的深入拓展，脑机接口将从实验室走向千家万户，成为人类对抗疾病、提升生活质量的重要工具。正如协和医院董念国教授所言：“医学的终极目标是让每一个生命都能绽放光彩，而科技则是实现这一目标的桥梁。”在这条道路上，国内正以坚定的步伐，引领全球医疗科技迈向新的高度。