本文作者：西米
給患者頭顱裡植入一塊「塑料」，將這裡作為患者大腦的「窗口」，然後通過超聲就能直接看大腦內部？
聽起來有點不可思議，但這是 27 歲的患者塔克（Tucker Marr）真實接受的手術。偶然一次從樓梯上摔下來後，塔克頭骨骨折、硬膜出血，為瞭減輕他大腦的壓力，醫生不得不切除他左側的一大塊頭骨，從此，塔克的左側頭顱凹進去一塊，他出門都戴著頭盔。
受傷後的塔克 圖源：萊諾克斯山醫院
他輾轉來到瞭萊諾克斯山醫院，這是紐約第一傢提供神經整形和重建手術的醫院。在主治醫生的建議下，塔克完成瞭「頭骨重建手術」，外觀上恢復如初。
不過，他植入的是一塊「3D 打印的透明假體」。[1]
為大腦定制一個「透明窗戶」
據塔克的主治醫生介紹，他們通過 3D 打印技術用丙烯酸制作瞭一塊患者的頭骨，手術時長約 2 小時。丙烯酸假體的好處是可以直接用超聲探測，這樣患者未來如果頭痛或發生癲癇，可以不用再做 CT/MRI，畢竟這兩者的價格都不便宜。
醫生在為塔克的頭骨重建做準備
圖源：萊諾克斯山醫院
此前，針對大腦的檢查，我們較為熟悉的有功能性磁共振成像（IMRI）、腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）、功能性近紅外光譜、顱內腦電圖（IEEG）等，但這些檢查在靈敏度、覆蓋范圍、侵入性以及記錄能力之間存在很大的差異。[2]
非侵入性方法，如 IMRI 可檢查整個大腦，但靈敏度和時空分辨率有限，對患者的要求也比較高；EEG 價格便宜，但測量大腦深部區域功能的能力有限；IEEG 具有良好的時空分辨率，但侵入性較高。迄今為止，隻有嚴重受損且收益大於風險時才會使用侵入性手段。
常見腦檢查手段的空間分辨率、覆蓋范圍和記錄能力比較
圖源：參考資料 2
因此，腦科學急需能在侵入性和性能之間取得最佳平衡的技術手段。
「功能超聲成像」是一種新興的神經成像技術，具有高靈敏度和廣泛的大腦覆蓋范圍，無輻射、便於攜帶，已在多種動物模型中得到驗證。然而，由於「骨屏蔽」的存在，超聲成像的應用受到瞭限制——顱骨會衰減和畸變高頻聲波，大大降低信號靈敏度。
這時，「透明顱骨假體」橫空出世。
（A）通過顱窗進行功能超聲成像記錄的示意圖；
（B）使用功能超聲成像記錄人體功能的實驗裝置
圖源：參考資料 2
簡單來說，就是使用透明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等材料，制造一個 3D 打印的顱骨。這樣它可以既當成植入材料用，也能便於後續超聲監測，因此被譽為「神經外科的機會之窗」。
根據萊諾克斯山醫院官網，該手術適應癥包括延伸到頭骨和皮膚的腦腫瘤、頭部和額葉竇手術、腦積水、顱骨切除術後缺陷/感染等 13 種。醫院表示，這些進步使外科醫生能夠安全地進行手術，同時降低並發癥的風險。
系列研究均表現良好
有關這項研究，可追溯到 2019 年。
2019 年，透明聚合物頭骨「See-Shells」被設計出來，研究人員發現「See-Shells」允許光學進入大腦皮層背側的大部分區域，進行高分辨率結構和功能成像。此外，在清醒、頭部固定的情況下，可對分佈在皮層數毫米范圍內的神經元群進行中尺度和細胞分辨率的 Ca2+ 成像。[3]
塔克的醫生團隊看到瞭這種材料應用於頭部植入的可能，對此開展瞭一項全面的研究。[4]
第一階段，團隊通過人體屍體模型，檢查瞭透明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醚醚酮（PEEK）、多孔聚乙烯和不透明 PMMA 組成的顱骨植入物的聲透明度，發現超聲可成功通過由透明 PMMA、PEEK 和不透明 PMMA 組成的植入物。
之後，團隊通過術中和術後經顱超聲成像，對一位去骨瓣減壓術後接受顱骨重建的患者植入瞭透明 PMMA，他們發現：術中經顱超聲成像可識別包括腦室、脈絡叢在內的神經解剖結構，術後經顱超聲成像提供瞭更清晰的圖像，顯示瞭深部腦實質、帶透明隔的腦室、顳葉和高回聲顳窩顱骨。
總之，透明 PMMA 植入物表現良好。
與此同時，意大利的研究人員同樣設計瞭一個完整的探究方案：他們將裝置植入一名 44 歲多次復發性的少突膠質細胞瘤患者體內，並在術後 3、6、9 和 30 個月時檢查，證明假體可通過普通器械進行建模和植入，安全性和可行性均無問題，經假體超聲成像是可行的，且圖像質量與術中超聲相當。[5-6]
患者的假體植入情況
圖源：參考資料 6
對於植入物的感染率和翻修率，另一篇研究對 37 名聲透明顱骨鉆孔外蓋患者、57 名對照組患者（常規顱手術）進行瞭比較，發現二組的感染率無明顯統計學差異。聲透明顱骨鉆孔外蓋組共有 5 次翻修，對照組為 8 次，研究者表示「未出現認為與鉆孔外蓋或硬件有關的顱骨傷口翻修」。[7]
也就是說，無論是可行性、安全性、靈敏度……聽上去，透明顱骨成形術具有不錯的前景。
塔克手術前後 圖源：萊諾克斯山醫院
部分醫生質疑
但是，也有一些醫生對此提出瞭質疑。
喬治敦大學腦腫瘤項目主任約瑟夫（Joseph Watson）曾向媒體表示，這種技術「沒那麼重要」。他認為開的這個「小窗口」不能像 MRI 那樣看到整個大腦，對此塔克的主治醫生表示，「隻要窗口位於腫瘤上方，就能清楚地顯示出來。」
安德森癌癥中心神經外科教授伊安（Ian McCutcheon）也對準確性產生過質疑，他表示，這個想法的確有趣，但其準確性還需要經過嚴格的臨床試驗，目前還遠遠不夠。
而從倫理角度來說，此類研究需要患者頭部有修復需求，且對患者來說明顯「利大於弊」才能進行手術，對於研究人員來說，找到符合條件的患者很困難——患者所獲得的僅僅是「方便做檢查」，很多人無法接受，不願參與實驗。
例如，頭骨缺失瞭 2 年半、39 歲的哈格爾就曾被邀請參與實驗，他的傢人強烈反對：「我們擔心他會死在車裡。」哈格爾的母親說。
哈格爾窮困潦倒，沒有自己的房子，一直住在卡車裡，他也沒有錢做頭部修復。後來，這位邀請他實驗的神經外科醫生通過基金會的資助，給哈格爾和傢人提供瞭免費住宿，哈格爾就接受瞭這位醫生的植入實驗。哈格爾表示，「醫生需要我做什麼，我都會盡力幫忙。」[8]也因此，從實驗倫理的角度上，該新材料曾多次為人詬病。
目前，聲透明顱骨成形術和經顱成形術超聲檢查在「更大規模的臨床試驗、以及在其他顱腦疾病患者中」繼續開展。研究人員表示，他們認為目前的圖像結果很可靠，「令人鼓舞」，認為這些數據可以刺激該技術的進一步研究，並表示：這項技術可能會使全球范圍內的 CT 和 MRI 數量減少。[9]
致謝：本文經 廣州醫科大學附屬腦科醫院神經外科 副主任醫師 王金偉 專業審核
【註】
廣州醫科大學附屬腦科醫院 神經外科 副主任醫師 王金偉 審核意見：
具體來說，有報道顱骨缺損的病人，在某院使用 3D 打印技術用丙烯酸制作瞭一塊患者的頭骨，進行顱骨成形術的成功案例，術後可以用超聲檢測，從而避免有創性檢查如 CT、活檢，滿足瞭患者外觀上恢復容貌、內在更是充分運用植入物可超聲檢查的特點，完美促進瞭患者的健康和權益。
但也存在一些小問題：
1、患者的適用范圍存在一定局限，大多是急診外傷出血的去骨瓣手術後，二期行顱骨成形術方可考慮的治療方案，而對於普通的腫瘤切除、術後還納骨瓣來說，很難做到術中及時的 3D 打印和植入物制定；
2、骨窗的大小是影響超聲檢查效果的重要因素，由於顱腔的類圓形且超聲是直線掃描，存在檢查盲區，盡管超聲通過丙烯酸植入物可以掃描到異常病灶，但存在一定的缺陷。
總體來說，3D 打印技術用丙烯酸制作為植入物，可以使患者修補瞭缺損的顱骨，而且還能用無創性而且便宜的超聲來檢查有無顱腦病灶，這對患者來說是有價值有意義的，也為臨床提供瞭一個新的切入點。
當然，目前也隻是個案報道，隨著報道個數及研究數據越來越多，將有更多的科學數據結果提供臨床支持。
策劃：yxtlavi｜監制：gyouza、carollero
發表評論 取消回复