近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”）成功研發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)高清晰磁共振兼容人腦PET功能成像儀器（命名為“SIAT bPET”），實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在高端磁兼容腦PET成像儀器研發(fā)方面零的突破。
深圳先進(jìn)院研制的SIAT bPET探測(cè)器系統(tǒng)和腦成像儀器照片
PET成像
PET成像全稱為正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（Positron Emission Computed Tomography），其方法是將某種物質(zhì)（一般是生物生命代謝中必須的物質(zhì)，如：葡萄糖、氨基酸、膽堿、核苷酸等）標(biāo)記上短壽命的放射性核素（如18F，11C等），注入人體后，通過PET成像測(cè)量該物質(zhì)在代謝中的聚集，反映生物體生命代謝與功能活動(dòng)的情況，從而達(dá)到疾病診斷的目的。
PET是一種反映分子代謝的顯像，當(dāng)疾病早期處于細(xì)胞和分子水平變化階段，病變區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)尚未呈現(xiàn)異常，結(jié)構(gòu)影像檢查還不能明確診斷時(shí)，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)病灶所在，并可獲得三維影像，實(shí)現(xiàn)定性、定量、定級(jí)、定位和早期診斷。
“通常，PET成像儀器由于探測(cè)器的深度不確定效應(yīng)，空間分辨率會(huì)隨著偏離成像視野中心而變差，嚴(yán)重影響成像精度。”深圳先進(jìn)院醫(yī)工所勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像研究中心研究員楊永峰表示，他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)了高三維分辨率雙端讀出探測(cè)器，使得該大口徑成像系統(tǒng)達(dá)到14%的中心效率（350-750 keV能量窗），和整個(gè)成像視野好于1.4 mm的空間分辨率，兩項(xiàng)性能指標(biāo)都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
楊永峰介紹道，與國(guó)外商業(yè)磁兼容腦PET成像儀器相比，SIAT bPET的效率提高了近2倍（從7.2%到14%），平均體分辨率提高了30倍以上（從約64mm 3到2mm3）。
SIAT bPET的空間分辨率、效率和獲得的Derenzo模體圖
同時(shí)，SIAT bPET采用了創(chuàng)新的電子學(xué)和磁兼容設(shè)計(jì)，使得磁共振成像對(duì)PET成像的影響幾乎可以忽略不計(jì)，PET成像對(duì)磁共振成像圖像信噪比的影響小于5%，滿足同時(shí)開展PET/MRI成像的尖端科研需求。
據(jù)了解，PET和MRI都是腦科學(xué)研究和腦疾病診斷的重要工具，PET的高靈敏度、高定量精度功能代謝成像和MRI的高空間分辨率、高軟組織對(duì)比度解剖結(jié)構(gòu)成像高度互補(bǔ)，PET和MRI還可以相互輔助，進(jìn)一步提升各自的腦神經(jīng)成像能力。
PET分子成像通過測(cè)量大腦的血流、葡萄糖和氧的代謝、蛋白質(zhì)的生成、藥物的分布和神經(jīng)遞質(zhì)的動(dòng)力學(xué)等，探索不同腦區(qū)的功能，確定病變腦區(qū)的功能演變，對(duì)于腦疾病干預(yù)治療策略和新藥物探索具有重要意義。
“不過，目前市場(chǎng)上并沒有高性能腦PET成像儀器。”楊永峰說，與美國(guó)腦計(jì)劃項(xiàng)目正在資助研發(fā)的多個(gè)高性能腦PET成像儀器相比，SIAT bPET的空間分辨率和效率也處于先進(jìn)水平。
SIAT bPET和聯(lián)影uMR790 3T磁共振成像系統(tǒng)上同時(shí)獲得的人腦PET/MRI圖像
“高空間分辨率使得研究大腦的細(xì)微焦點(diǎn)腦功能區(qū)和小的核團(tuán)成為可能，還可以通過降低部分容積效應(yīng)來提高腦PET成像研究的定量精度；高效率除了通過提高腦PET圖像的信噪來提高研究的定量精度，也為高精度研究神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)和其他動(dòng)態(tài)腦生化與功能活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。”
2022年，團(tuán)隊(duì)成員鄺忠華在國(guó)際核醫(yī)學(xué)和分子影像年會(huì)與IEEE醫(yī)學(xué)成像會(huì)議上口頭報(bào)告了該研究成果，隨即引起了廣泛的國(guó)際關(guān)注。同時(shí)，該儀器也為開展基于PET功能成像的腦科學(xué)研究、老年性癡呆等疾病的早期定量診斷研究和新藥開發(fā)提供了一臺(tái)重要的新工具。
據(jù)悉，相關(guān)研究由基金委國(guó)家重大科研儀器研制、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院儀器研制團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。
