荷蘭研發超音波頭盔，動態觀測活人大腦
高階的腦部功能檢查，通常需要在醫院使用大型儀器長時間監測。但最近在荷蘭伊拉斯姆斯醫學中心（Erasmus Medical Center）的研究中，神經外科醫師 Soloukey 博士的團隊成功開發出一種穿戴式超音波頭盔，能在自然情境中，即時記錄受檢者大腦的血流訊號，徹底改寫人們對大腦運作的理解，也為重症病患之診療帶來突破。研究成果已於近日刊登在國際科學期刊《Science Advances》。
人類的頭骨是一道強韌的天然屏障，能保護精密但脆弱的大腦。然而，因其堅硬厚實的結構，許多非侵入式的大腦檢測技術，如功能性磁振造影（fMRI），及近紅外線光譜儀（fNIRS）等，在解析度、即時性或穿透深度方面大幅受限。更遑論要在行動中，即時觀測大腦的變化。但近年來，「功能性超音波影像」（functional ultrasound imaging，簡稱 fUSi）技術問世之後，這一限制正逐步被打破。
功能性超音波影像：掃描大腦的新利器
fUSi 透過「超高速超音波」（ultrafast ultrasound），每秒能捕捉高達 10,000 張影像。而傳統超音波，每秒則只能捕捉幾十到幾百張影像。超高速超音波驚人的效能，使它能夠準確分辨腦部微小血流與腦組織本身的移動訊號，進而觀察到神經活動引起的局部血流變化。
本次研究，荷蘭科學家進一步將 fUSi 整合進以 3D 列印而成的專用頭盔中，並在兩位接受顱骨置換手術的病患進行測試。病患配戴頭盔後，即使在行走與多項活動的自然情境中，也能穩定、即時地記錄大腦活動。雖然目前仍需連接電源與設備（使用了 100 公尺長的延長線），但這無疑已是重大突破。
（Source：Science Advances）
人造顱骨，降低對超音波的阻礙
這次研究成功的關鍵在於，病患手術時使用了一種名為 PEEK（聚醚醚酮，Polyether ether ketone）的醫療級塑膠材料。其材質不僅堅固耐用，也比天然骨骼更利於超音波穿透，有助於 fUSi 擷取更清晰的腦部血流影像。
南加州大學（University of Southern California）神經修復中心主任 Charles Liu 博士指出，這類病患（例如開過腦手術、顱骨重建者）本來就是科學家極需觀察的對象，尤其是在接受重大腦外傷或腫瘤切除手術後。他的團隊也曾利用 fUSi 觀測患者在彈吉他與打電動遊戲時的腦部活動，顯示這項技術的可行性與應用潛力。
fUSi，腦部手術的 GPS
目前，神經外科手術主要依賴術前 fMRI 影像做為藍圖，或是在手術時直接對患者大腦皮質進行電刺激，觀察患者反應以即時確認腦區功能，防止切除到重要功能區，但其缺點頗多。由於大腦組織在手術過程中經常會因腫瘤切除、腦壓變化而移位，使得術前的評估不再可靠。如果能在術中即時監測腦部變化，將是醫學的一大突破。不過，目前的資料處理速度仍嫌不足，使 fUSi 無法成為真正「即時」的工具。
儘管 fUSi 技術仍處於早期階段，但它已展現出足以補足現有 fMRI、EEG 等技術不足的潛力。相較於大型固定的掃描儀器，fUSi 的行動性與即時性是其最大優勢。Soloukey 博士興奮地表示：「我們已證明功能性超音波成像不只能清晰地觀察大腦，還能讓這些觀察『動起來』。」隨著技術持續進步，fUSi 將有望讓腦部掃描真正走出實驗室，走進日常生活。
（首圖來源：Erasmus MC）