酷炫！国产可穿戴脑部PET来了

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据4月30日《核医学杂志》（Journal of Nuclear Medicine），中国深圳湾实验室的一组研究人员研发出了一款可穿戴脑部PET系统，突破传统成像局限，能够在人体自由活动状态下进行脑部成像。

研究团队表示，在体模及1名受试者的试验中，这套名为“SmartBrain（智能脑成像）”的系统，其空间分辨率与成像质量可媲美传统临床PET扫描仪。该项研究也登上外媒报道。

该项研究的支持机构为深圳湾实验室生物医学工程研究所、哈尔滨工业大学人工智能学院、中山大学第七附属医院核医学科。

该研究第一作者Liu Han博士及其团队指出：“这套系统重量轻、结构紧凑，且采用可穿戴式设计，突破了传统固定式设备的局限，为脑部PET成像开辟了全新应用场景。”

研究人员表示，传统脑部PET检查要求患者保持坐姿或仰卧姿势静止不动，这对儿童、癫痫患者以及其他无法长时间保持静息状态的人群来说，存在很大检查难点。研究团队认为，可穿戴脑部PET系统有望将代谢成像拓展至自然活动、动态状态下开展。

为此，该研究团队研发了SmartBrain智能脑成像系统。该系统为十六边形环形结构，共布设6个环带、192个探测器模块，采用高性能闪烁晶体搭配硅光电倍增管。整套设备重量约6千克，可通过背包式背带或悬挂装置穿戴佩戴。研究团队还设计了两种机械支撑结构，适配静坐与行走活动两种使用场景。

该研究团队依据美国电气制造商协会标准NEMA NU 2-2018，采用定制霍夫曼脑模体与多层德伦佐模体开展模体实验，对SmartBrain系统的物理性能进行评测。团队还对一名43岁男性癫痫患者开展氟18-氟代脱氧葡萄糖（F-18 FDG）脑部成像，并将成像结果与GE医疗Discovery MI PET/CT扫描仪进行对比。

研究人员表示，模体测试结果显示，该系统视野中心空间分辨率达2.29毫米，可分辨低至1.7毫米的条状结构，各项性能指标均满足人脑成像临床要求。人体试验中，SmartBrain重建的大脑皮层摄取模式清晰、灰质分布边界分明，脑回解剖结构完整，研究人员称成像效果可与Discovery MI系统媲美。

研究团队撰文指出：“尽管这款可穿戴系统的灵敏度低于DMI设备，但经低剂量F-18 FDG注射后进行60分钟扫描，仍可清晰勾勒脑部解剖结构，且穿戴舒适度与临床可行性表现良好。”

研究团队表示，目前该研究仍处于早期阶段。未来可从优化探测器几何结构、升级校正算法、引入人工智能辅助图像重建等方面持续改进，有望进一步提升成像质量、缩短扫描时长，并拓展该系统在临床诊疗与神经科学研究中的应用范围。

SmartBrain系统是少数能够在自由活动条件下成像的真正可穿戴脑部PET系统之一。该系统表现出优良的空间分辨率，中心位置的点源测量分辨率为2.29 mm，在多层德伦佐模体中可清晰分辨1.7 mm的条状结构，满足人脑成像的要求。在人体研究中，尽管可穿戴系统的灵敏度低于DMI系统（14），但低剂量¹⁸F-FDG注射后进行60分钟扫描，仍可清晰勾勒脑部结构（图5），且穿戴舒适度和可行性良好。此外，应用延迟校准算法后，系统的符合时间分辨率达到234 ps。这种改进的时间性能提升了基于飞行时间（TOF）的定位精度和噪声抑制能力，从而在低活度条件下改善了成像质量。在标准注射活度水平下，相同的时间性能有望进一步提升成像质量或缩短扫描时长。

相较之下，深圳湾实验室的SmartBrain具有多项优势：首先，全环形结构确保视野完全覆盖，在中心和偏离中心区域均能保持稳定的空间分辨率；其次，使用5 mm短晶体最大限度地减少了晶体深度（DOI）不确定性，降低了晶体内部的康普顿散射；第三，3 mm的晶体间距进一步限制了晶体间散射，支持高分辨率成像；第四，紧凑的孔径尺寸（20 cm）减少了非共线性的影响，这在脑部成像中尤为有利；最后，融入飞行时间（TOF）重建技术显著提升了成像质量，弥补了相较于大型临床PET/CT系统灵敏度降低的不足。这些因素共同作用，使得SmartBrain系统虽采用紧凑轻量化设计，仍能实现高空间分辨率和清晰的脑部结构显示。

此外，SmartBrain系统的紧凑型探测器设计、轻量化电子元件和优化的机械结构，显著降低了系统重量和成本，实现了可穿戴使用。与先前的可穿戴PET原型（如AM-PET和MindTracker相比，SmartBrain系统在空间分辨率和轴向覆盖范围方面有所改进，并支持自然状态下的动态成像。柔性衬垫和人体工学支撑等设计元素，有助于最大限度地减少穿戴过程中与运动相关的伪影。

研究团队总结称：“这套可穿戴系统可实现行走状态下的动态脑部成像，兼具高性价比与节省空间的设计优势，有望成为可规模化推广的精准诊断解决方案，适用于临床机构及社区医疗场景。”

器械之家调查发现，在国家自然科学基金委2023年国家重大科研仪器研制项目中，深圳湾实验室先进分子影像实验室团队（AMIL-SZBL）获批国家重大科研仪器研制项目。该项目即研发移动式可穿戴人脑PET分子影像仪器，颠覆静卧脑功能成像的传统，实现人类在坐、站立和行走时的全脑实时动态功能成像。

AMIL-SZBL团队，是一个“仪器研发—探针研制—临床应用”一体的PET分子影像合作创新团队。团队的目标是研发新一代的分子影像技术，服务于包括肿瘤、脑疾病、心血管疾病在内的影响人类健康的重大临床疾病的机制研究和临床诊断。

2022年深圳湾实验室科技成果转化成立湾影科技。2023年3月，湾影科技完成天使轮融资。相比普通PET/CT，湾影科技所研发设计的脑部PET/CT空间分辨率可达到2mm，使临床得以看到更细微的脑部结构。基于更强的光子捕捉能力，灵敏度更是可达到人体PET系统的4倍，能够在提高扫描速度的同时降低辐射剂量，而其采购成本、维护成本及使用成本却仅是人体PET系统的1/3。此外，该脑部专用PET/CT系统设计更为精巧，无需占用大面积空间，便于安装和移动，而且其更低的价格，将为未来脑部疾病的大规模筛查奠定基础。不过尚不清楚，此次发布论文的SmartBrain是否归属于该公司。

脑部PET产品的进步，能为阿尔茨海默病的早期精准筛查、帕金森综合症鉴别诊断、癫痫和抑郁症辅助治疗及疗效评估等多个脑部疾病的临床应用带来颠覆式的技术创新。在脑机接口风行的当下，脑科学发展更需更多先进影像技术的加持，器械之家也将持续关注此类创新。