Peter Warnke（医学博士）和一位同事在高科技手术室里进行精细的神经外科手术。病人大脑的相关图像会显示在屏幕上，为手术提供指导。您可能听说过病人在接受脑外科手术时保持清醒并被要求交谈甚至唱歌的故事。虽然看起来有些奇怪，但长期以来，这种做法一直是脑外科医生在手术中期评估大脑功能的有效方法，这有助于确保他们不会损伤重要的组织或神经元。

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不过，一流的神经外科医生现在拥有的工具远比那些“清醒”的脑外科手术精确得多。

在芝加哥大学医学中心，建筑师、建筑工人、技术人员和神经外科专家通力合作，创建了一种新型手术室，旨在为医生提供比以往更多的信息，来指导神经外科手术。

 “我们的神经外科研究项目充满了活力，下一步，我们就要实现实时技术集成，这是一个合乎逻辑的步骤”，芝加哥大学医学中心立体定向和功能神经外科主任、Peter Warnke（医学博士）说。

Warnke所说的“未来手术室”于2023年1月投入使用，它配备了最先进的仪器和高清屏幕，脑外科医生可以在整个手术过程中扫描和查看大脑的关键区域。

从那时起，芝加哥大学医学院的神经外科医生就利用这项技术实施复杂而精确的手术，如电极植入和激光手术，使病人恢复知觉并免于癫痫发作。

手术中的功能成像

Warnke说，技术集成的亮点在于，芝加哥大学医学中心海德公园园区最近在手术室安装了新型术中核磁共振成像（MRI）。

现在，医生可以在手术中进行功能性磁共振成像（fMRI）扫描，不仅可以看到大脑内排列情况，还可以看到大脑的实时工作情况。这包括观察大脑对电刺激等手术干预的反应，进行代谢成像以观察不同脑细胞如何产生和利用能量，以及跟踪生理反应。

安装工作需要大量规划：MRI技术需要在房间的墙壁上安装铜屏蔽装置，以防止外界无线电频率干扰成像，并保护外部区域免受磁铁产生的强大磁场的影响。

除了术中MRI技术，芝加哥大学医学中心还增加了两台配套的移动CT扫描仪，其中包括一台超高速64层螺旋扫描仪，可以被推到多个手术室使用。

作为三维成像装置的一部分，神经外科最近还购置了新的神经外科机器人Autoguide和ROSA 系统，以尽可能确保所有手术的精确性和安全性。

“在手术过程中，我们可以将术中MRI扫描和功能成像与术中CT扫描和机器人技术相结合，从而实现真正的混合手术，这样我们就能够充分利用所有这些技术的最佳优势”，Warnke说。

“范式的重大转变”

芝加哥大学医学中心的工作人员可以使用手术室的高清壁屏查看MRI、CT扫描和所有手术计划的输出结果，包括机器人轨迹和患者医疗记录中的相关图像。在整个手术过程中参考这些图像的能力可以帮助外科医生将个性化手术方法精确到毫米级。

“在每个患者身上，我们都能评估大脑回路，并对这些回路进行精确的、个别的定位”，Warnke说。

他们还可以观察大脑不同区域之间的连接，这对于小儿癫痫手术和治疗深部肿瘤等复杂手术至关重要。

“我们已经从简单的切除脑组织转变为复杂的切断和调节癫痫发作区域”，Warnke 说，“通过精确成像，我们可以使用间质激光和闭环自响应神经刺激系统等微创工具，大大降低发病率。这是神经病学的一个重大范式转变。”

每个手术步骤都可以包含一次新的扫描，让专家能够更新手术计划并确认准确性。外科医生在切除或摧毁肿瘤时，还可以在关闭切口前进行扫描，以确保治疗尽可能彻底。

Warnke表示，新的手术室设置还将用于加强医学中心对受训人员的教育。

“对于受训人员来说，能在手术进行过程中直观地看到手术效果是非常宝贵的经验”，他说。

为未来的神经科学助力

多年来，芝加哥大学医学中心在与运动控制和感觉相关的脑机接口研究领域一直处于领先地位。Warnke曾为瘫痪患者实施过通过假手重建触觉和运动控制的手术，最近一次手术就是在新手术室中进行的。

“术中成像对我们的脑机项目影响尤其巨大”，Warnke 说：“我们现在可以在放置电极或激光光纤时观察大脑功能，从而比以往任何时候都更精确地进行引导”。

放置植入后，神经科学家可以立即使用各种成像技术，在手术结束前测试植入物的功能。这样，他们就可以收集重要数据进行研究分析，并保植入物正常工作，最大限度地减少为调整植入物位置而进行后续手术的必要。

2023年10月，芝加哥大学的研究小组获得了美国国立卫生研究院340万美元的R01基金，以进一步推动研究，开发更复杂的脑机接口。具体来说，研究人员的目标是开发能够模拟手臂和手部动作无缝协调的脑机解码器，并在模拟日常活动的虚拟现实环境中对这些先进的解码器进行测试。

Warnke强调，他只是芝加哥大学“充满活力的神经外科研究项目”中的一份子。

例如，格罗斯曼定量生物学和人类行为研究中心的同事们正在将无与伦比的计算技术应用于庞大的神经科学数据集，而其他人则在研究如何通过更微创的诊断技术和更有效的手术来改善癫痫、血管畸形和脑肿瘤的治疗方法——新手术室的功能将为这些研究提供助力。

“这一切都是创新神经科学更广阔领域的一部分，它将新技术和令人兴奋的研究带到手术室，为患者带来直接的好处”，Warnke说。