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作者及发表信息
本研究由Francesco Prada（意大利Fondazione IRCCS Istituto Neurologico C. Besta）、Andrea Franzini（同机构）、Shayan Moosa（美国弗吉尼亚大学健康系统）等多名学者合作完成，发表于Journal of Neurosurgery (J Neurosurg)，2020年1月3日在线发表，DOI: 10.3171⁄2019.10.JNS191674。
学术背景
研究领域：神经外科与超声医学交叉领域，聚焦于颅骨假体（cranial prosthesis）作为超声透射窗口的研发。
研究动机：人类颅骨对超声能量具有高反射/吸收性，严重阻碍了超声在脑部疾病诊断（如成像）和治疗（如聚焦超声消融、神经调控）中的应用。天然颅骨的声学窗口（如颞骨）范围有限且成像质量差。此前研究尝试用塑料或陶瓷替代部分颅骨，但多限于治疗性超声（如肿瘤消融），诊断性应用研究较少。
研究目标：评估一种新型聚烯烃基（polyolefin-based）可植入颅骨假体的声学性能，验证其作为诊断和治疗性超声透射媒介的可行性。
研究流程与实验设计
研究分为体外（in vitro）和体内（in vivo）两阶段：
1. 体外实验（水槽声学分析）
- 研究对象：4种不同频率的单元素聚焦超声换能器（500 kHz、1 MHz、2.5 MHz、5 MHz）及一款线性诊断探头（中心频率5.3 MHz）。
- 实验方法：
- 在去离子水槽中，通过校准的针状水听器（needle hydrophone）测量假体对超声压力场和几何形状的影响。
- 对比自由水与假体条件下的声压衰减（dB）、焦点偏移（mm）、声束宽度（FWHM）等参数。
- 使用MATLAB脚本分析数据，确保实验重复性。
- 关键创新：
- 假体厚度固定为4 mm，密度0.93 g/cm³，孔隙率0.44 g/cm³，材料均一性优于天然颅骨。
- 通过高分辨率（100 μm）扫描验证声束畸变程度。
2. 体内实验（猪模型验证）
- 研究对象：2只6-7周龄雌性约克夏猪（Sus scrofa domesticus），体重25-30磅。
- 手术与成像：
- 行广泛额顶叶颅骨切除术（4×4 cm），植入假体后，对比经硬脑膜和假体的超声成像质量。
- 使用5.3 MHz线性探头获取B模式图像，评估脑室、丘脑等结构的空间分辨率和对比度。
- 实验控制：成像平面保持一致，由两名超声专家盲法评估图像质量。
主要结果
体外数据：
- 声压衰减：假体对超声能量的衰减显著低于天然颅骨（500 kHz至5 MHz频段平均衰减仅-0.567 dB至-1.789 dB）。频率越高，衰减略增，但仍远低于颅骨文献值（如5 MHz时假体衰减-2.02 dB，而天然颅骨可达-20 dB以上）。
- 声束畸变：焦点偏移最大1.112 mm（500 kHz），FWHM面积增加3.2%-8.4%，证明假体对声束几何形状影响极小。
体内成像：
- 经假体获取的图像与硬脑膜直接成像的解剖结构（如丘脑、侧脑室）空间位置完全吻合，仅外周区域存在轻微声衰减。
- 分辨率与常规超声相当，无畸变，支持其作为长期颅内监测窗口的潜力。
结论与价值
科学意义：
- 首次系统验证聚烯烃基假体作为多频超声（诊断与治疗）透射媒介的可行性，填补了颅骨替代材料在超声成像领域的空白。
- 证明了假体在聚焦超声神经调控（如500 kHz低频）和高精度消融（如5 MHz高频）中的兼容性。
应用价值：
- 诊断：可支持床旁超声监测脑肿瘤、脑积水或血管病变，减少CT/MRI依赖。
- 治疗：为聚焦超声消融（如肿瘤或癫痫灶）提供稳定声窗，避免颅骨相位校正的复杂性。
研究亮点
- 材料创新：聚烯烃基假体兼具低孔隙率（减少散射）和生物相容性，优于传统PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）等材料。
- 多模态验证：结合体外定量声学分析与体内大动物模型成像，数据链条完整。
- 临床转化潜力：研究团队已申请相关专利（假体由In.Tra.公司生产），并计划推进人体试验。
其他有价值内容
- 局限性：未评估假体厚度对声学的影响，也未测试皮肤闭合后的成像效果（但作者引用胸腹部超声研究佐证皮肤透声性）。
- 未来方向：探索假体在超声造影（contrast-enhanced US）、弹性成像（elastography）及血脑屏障开放（BBB opening）中的应用。
（总字数：约2000字）