作者:刁雯蕙 来源:中国科学报 发布时间:2023/2/4 14:11:23
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我国高端磁兼容脑PET功能成像仪器实现零突破

 

2月4日,记者从中国科学院深圳先进技术研究院(简称深圳先进院)获悉,深圳先进院成功研发国内首台高清晰磁共振兼容人脑PET功能成像仪器(命名为“SIAT bPET”),实现了我国在高端磁兼容脑PET成像仪器研发方面零的突破。

PET成像全称为正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography),其方法是将某种物质(一般是生物生命代谢中必需的物质,如:葡萄糖、氨基酸、胆碱、核苷酸等)标记上短寿命的放射性核素(如18F,11C等),注入人体后,通过PET成像测量该物质在代谢中的聚集,反映生物体生命代谢与功能活动的情况,从而达到疾病诊断的目的。

PET是一种反映分子代谢的显像,当疾病早期处于细胞和分子水平变化阶段,病变区的形态结构尚未呈现异常,结构影像检查还不能明确诊断时,PET检查即可发现病灶所在,并可获得三维影像,实现定性、定量、定级、定位和早期诊断。

“通常,PET成像仪器由于探测器的深度不确定效应,空间分辨率会随着偏离成像视野中心而变差,严重影响成像精度。”深圳先进院医工所劳特伯生物医学成像研究中心研究员杨永峰表示,他们团队研发了高三维分辨率双端读出探测器,使得该大口径成像系统达到14%的中心效率(350-750 keV能量窗),和整个成像视野好于1.4 毫米的空间分辨率,两项性能指标都处于国际领先水平。

图说:深圳先进院研制的SIAT bPET探测器系统和脑成像仪器照片 来源:深圳先进院

杨永峰介绍道,与国外商业磁兼容脑PET成像仪器相比,SIAT bPET的效率提高了近2倍(从7.2%到14%),平均体分辨率提高了30倍以上(从约64立方毫米到2立方毫米)。

 SIAT bPET获得的Derenzo模体图、人脑FDG代谢图和兔子NaF骨扫描图像。深圳先进院供图

同时,SIAT bPET采用了创新的电子学和磁兼容设计,使得磁共振成像对PET成像的影响几乎可以忽略不计,PET成像对磁共振成像图像信噪比的影响小于5%,满足同时开展PET/MRI成像的尖端科研需求。

据了解,PET和MRI都是脑科学研究和脑疾病诊断的重要工具,PET的高灵敏度、高定量精度功能代谢成像和MRI的高空间分辨率、高软组织对比度解剖结构成像高度互补,PET和MRI还可以相互辅助,进一步提升各自的脑神经成像能力。

PET分子成像通过测量大脑的血流、葡萄糖和氧的代谢、蛋白质的生成、药物的分布和神经递质的动力学等,探索不同脑区的功能,确定病变脑区的功能演变,对于脑疾病干预治疗策略和新药物探索具有重要意义。

“不过,目前市场上并没有高性能脑PET成像仪器,所以,美国脑计划正在资助多个高性能脑PET成像仪器的研发,与这些正在研发的脑PET成像仪器相比,SIAT bPET的空间分辨率和效率也处于先进水平。”杨永峰说。


SIAT bPET和联影uMR790 3T磁共振成像系统上同时获得的人脑PET/MRI图像 来源:深圳先进院供图

“高空间分辨率使得研究大脑的细微焦点脑功能区和小的核团成为可能,还可以通过降低部分容积效应来提高脑PET成像研究的定量精度;高效率除了通过提高脑PET图像的信噪比来提高研究的定量精度,也为高精度研究神经递质活动和其他动态脑生化与功能活动奠定基础。”杨永峰表示。

2022年,团队成员邝忠华在国际核医学和分子影像年会与IEEE医学成像会议上口头报告了该研究成果,随即引起了广泛的国际关注。同时,该仪器也为开展基于PET功能成像的脑科学研究、老年性痴呆等疾病的早期定量诊断研究和新药开发提供了一台重要的新工具。

 
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