清華新聞網(wǎng)1月12日電 面肌痙攣（Hemifacial spasm, HFS）指單側(cè)面部肌肉不自主、間歇性抽動(dòng)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，目前臨床診斷與評(píng)估依賴(lài)患者痙攣表征，主觀(guān)性較強(qiáng)。針對(duì)面肌痙攣，現(xiàn)有治療以肉毒毒素注射及顯微血管減壓術(shù)為主，前者療效持續(xù)時(shí)間有限，后者則伴有一定手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，因此亟需一種無(wú)創(chuàng)、可持續(xù)、量化監(jiān)測(cè)面肌痙攣，并在發(fā)作期間施加及時(shí)有效干預(yù)的閉環(huán)調(diào)控方法。
近日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院李翀副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合機(jī)械工程系、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院、清華大學(xué)玉泉醫(yī)院（清華大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院），研發(fā)了一種眼鏡式可穿戴閉環(huán)神經(jīng)刺激系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用靜電感應(yīng)式傳感器實(shí)時(shí)捕捉面部微小肌肉活動(dòng)，識(shí)別面肌痙攣發(fā)作后自動(dòng)觸發(fā)面神經(jīng)刺激，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)、識(shí)別、干預(yù)一體化閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控路徑；臨床實(shí)驗(yàn)表明該方法可及時(shí)降低痙攣發(fā)作強(qiáng)度并改善患者日常生活質(zhì)量，為面肌痙攣非侵入干預(yù)提供了新的技術(shù)手段。
研究成果以“緩解面肌痙攣的靜電感應(yīng)式可穿戴閉環(huán)神經(jīng)刺激系統(tǒng)”（Closed-loop wearable neurostimulation system with triboelectric sensing to alleviate hemifacial spasms）為題，于1月10日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種集成于眼鏡形態(tài)的可穿戴閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)，通過(guò)自供能高靈敏傳感實(shí)現(xiàn)痙攣狀態(tài)的實(shí)時(shí)判別，并聯(lián)動(dòng)可調(diào)參數(shù)的電刺激模塊實(shí)施按需干預(yù)。研究團(tuán)隊(duì)將柔性面肌痙攣靜電感應(yīng)式傳感器（hemifacial spasm sensing sensor, HFSS）嵌入眼鏡載體，為提升對(duì)微小面部運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)能力，團(tuán)隊(duì)通過(guò)在基底材料中引入鈣銅鈦氧化物（CCTO）并構(gòu)建微米級(jí)半球結(jié)構(gòu)，使傳感器的開(kāi)路電壓輸出提升約2.3倍，顯著增強(qiáng)其對(duì)微小面部運(yùn)動(dòng)引起動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)的檢測(cè)靈敏度。
圖1.眼鏡式可穿戴閉環(huán)神經(jīng)刺激系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2.面肌痙攣監(jiān)測(cè)、識(shí)別、干預(yù)模塊實(shí)物圖
基于上述傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)判別痙攣發(fā)作狀態(tài)，并自動(dòng)觸發(fā)面神經(jīng)電刺激干預(yù)。刺激模塊支持刺激強(qiáng)度、脈寬、頻率及波形的靈活調(diào)節(jié)，并可根據(jù)個(gè)體反應(yīng)進(jìn)行參數(shù)配置，從而在發(fā)作期實(shí)現(xiàn)及時(shí)、按需神經(jīng)調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)在痙攣發(fā)作期施加高頻恒流脈沖電刺激（頻率1kHz，刺激強(qiáng)度為200–400μA）可抑制面神經(jīng)的病理性放電從而降低其異常興奮性。
圖3.患者設(shè)備佩戴及系統(tǒng)信息可視化展示
研究團(tuán)隊(duì)在清華大學(xué)玉泉醫(yī)院神經(jīng)外科共招募4位面肌痙攣患者開(kāi)展臨床實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)同步視頻記錄并對(duì)痙攣發(fā)作進(jìn)行標(biāo)注，結(jié)果顯示系統(tǒng)痙攣?zhàn)R別準(zhǔn)確率達(dá)98.0%；為客觀(guān)評(píng)估閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控效果，研究團(tuán)隊(duì)引入基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的人臉關(guān)鍵點(diǎn)分析方法，利用人臉網(wǎng)格模型提取三維人臉關(guān)鍵點(diǎn)，并通過(guò)歸一化左右差異指標(biāo)量化面部對(duì)稱(chēng)性變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明接受干預(yù)患者在多項(xiàng)對(duì)稱(chēng)性指標(biāo)上得到顯著性改善。
圖4.患者面肌痙攣指標(biāo)改善
研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先提出了緩解面肌痙攣的非侵入式閉環(huán)神經(jīng)干預(yù)技術(shù)，可有效降低面肌痙攣發(fā)作強(qiáng)度，改善患者臉部非對(duì)稱(chēng)性，其眼鏡形態(tài)實(shí)現(xiàn)輕量化及自然佩戴，有望提升患者長(zhǎng)期依從性。此外，該系統(tǒng)還可采集患者顳淺動(dòng)脈區(qū)域脈搏信號(hào)，預(yù)測(cè)痙攣發(fā)作并施加提前干預(yù)，實(shí)現(xiàn)病癥長(zhǎng)期管理、改善患者生活質(zhì)量。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步拓展該閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)臨床驗(yàn)證、機(jī)制研究及轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院副教授李翀、機(jī)械工程系研究員程嘉、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院/北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院研究員李舟、清華大學(xué)玉泉醫(yī)院副主任醫(yī)師武晉廷為論文通訊作者，機(jī)械工程系原“水木學(xué)者”博士后、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院副研究員曲學(xué)鋮，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院2023級(jí)博士生萬(wàn)嘉豪，山東大學(xué)2025級(jí)博士生趙浩涵為論文共同第一作者。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市科技新星等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-67121-9
供稿：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
