荷兰研发超声波头盔，动态观测活人大脑

高端的脑部功能检查，通常需要在医院使用大型仪器长时间监测。但最近在荷兰伊拉斯姆斯医学中心（Erasmus Medical Center）的研究中，神经外科医师Soloukey博士的团队成功开发出一种穿戴式超声波头盔，能在自然场景中，即时记录受检者大脑的血流信号，彻底改写人们对大脑运行的理解，也为重症病患之诊疗带来突破。研究成果已于近日刊登在国际科学期刊《Science Advances》。

人类的头骨是一道强韧的天然屏障，能保护精密但脆弱的大脑。然而，因其坚硬厚实的结构，许多非侵入式的大脑检测技术，如功能性磁振造影（fMRI），及近红外线光谱仪（fNIRS）等，在分辨率、即时性或穿透深度方面大幅受限。更更谈不上要在行动中，即时观测大脑的变化。但近年来，“功能性超声波形象”（functional ultrasound imaging，简称fUSi）技术问世之后，这一限制正逐步被打破。

fUSi通过“超高速超声波”（ultrafast ultrasound），每秒能捕捉高达10,000张形象。而传统超声波，每秒则只能捕捉几十到几百张形象。超高速超声波惊人的性能，使它能够准确分辨脑部微小血流与脑组织本身的移动信号，进而观察到神经活动引起的局部血流变化。

本次研究，荷兰科学家进一步将fUSi集成进以3D打印而成的专用头盔中，并在两位接受颅骨置换手术的病患进行测试。病患佩戴头盔后，即使在行走与多项活动的自然场景中，也能稳定、即时地记录大脑活动。虽然目前仍需连接电源与设备（使用了100米长的延长线），但这无疑已是重大突破。

（Source：Science Advances）

这次研究成功的关键在于，病患手术时使用了一种名为PEEK（聚醚醚酮，Polyether ether ketone）的医疗级塑胶材料。其材质不仅坚固耐用，也比天然骨骼更利于超声波穿透，有助于fUSi截取更清晰的脑部血流形象。

南加州大学（University of Southern California）神经修复中心主任Charles Liu博士指出，这类病患（例如开过脑手术、颅骨重建者）本来就是科学家极需观察的对象，尤其是在接受重大脑外伤或肿瘤切除手术后。他的团队也曾利用fUSi观测患者在弹吉他与打电动游戏时的脑部活动，显示这项技术的可行性与应用潜力。

目前，神经外科手术主要依赖术前fMRI形象作为蓝图，或是在手术时直接对患者大脑皮质进行电刺激，观察患者反应以即时确认脑区功能，防止切除到重要功能区，但其缺点颇多。由于大脑组织在手术过程中经常会因肿瘤切除、脑压变化而移位，使得术前的评估不再可靠。如果能在术中即时监测脑部变化，将是医学的一大突破。不过，目前的数据处理速度仍嫌不足，使fUSi无法成为真正“即时”的工具。

尽管fUSi技术仍处于早期阶段，但它已展现出足以补足现有fMRI、EEG等技术不足的潜力。相较于大型固定的扫描仪器，fUSi的行动性与即时性是其最大优势。Soloukey博士兴奋地表示：“我们已证明功能性超声波成像不仅能清晰地观察大脑，还能让这些观察“动起来”。”随着技术持续进步，fUSi将有望让脑部扫描真正走出实验室，走进日常生活。

（首图来源：Erasmus MC）