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我國(guó)高端磁兼容腦PET功能成像儀器實(shí)現(xiàn)零突破

2023-02-05 13:00:31
中國(guó)科學(xué)報(bào) 發(fā)布時(shí)間:2023/2/4 14:11:23
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我國(guó)高端磁兼容腦PET功能成像儀器實(shí)現(xiàn)零突破

 

2月4日,記者從中國(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)獲悉,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。

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需的物質(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?!鄙钲谙冗M(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 毫米的空間分辨率,兩項(xiàng)性能指標(biāo)都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

圖說: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 來(lái)源:深圳先進(jìn)院

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64立方毫米到2立方毫米)。

 SIAT bPET獲得的Derenzo模體圖、人腦FDG代謝圖和兔子NaF骨掃描圖像。深圳先進(jìn)院供圖

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,所以,美國(guó)腦計(jì)劃正在資助多個(gè)高性能腦PET成像儀器的研發(fā),與這些正在研發(fā)的腦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。”楊永峰說。


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 來(lái)源:深圳先進(jìn)院供圖

“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(lái)提高腦PET成像研究的定量精度;高效率除了通過提高腦PET圖像的信噪比來(lái)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)?!睏钣婪灞硎尽?/p>

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。

 
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2月4日,記者從中國(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)獲悉,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。

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需的物質(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。


(相關(guān)資料圖)

“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?!鄙钲谙冗M(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 毫米的空間分辨率,兩項(xiàng)性能指標(biāo)都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

圖說: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 來(lái)源:深圳先進(jìn)院

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64立方毫米到2立方毫米)。

SIAT bPET獲得的Derenzo模體圖、人腦FDG代謝圖和兔子NaF骨掃描圖像。深圳先進(jìn)院供圖

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,所以,美國(guó)腦計(jì)劃正在資助多個(gè)高性能腦PET成像儀器的研發(fā),與這些正在研發(fā)的腦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?!睏钣婪逭f。

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 來(lái)源:深圳先進(jìn)院供圖

“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(lái)提高腦PET成像研究的定量精度;高效率除了通過提高腦PET圖像的信噪比來(lái)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)?!睏钣婪灞硎?。

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。

標(biāo)簽: 腦PET功能成像儀器 PET成像 深圳先進(jìn)院

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