2026-05-06 12:43
2026年4月30日，深圳湾实验室生物医学工程研究所彭旗宇团队，在国际核医学顶刊Journal of Nuclear Medicine（JNM）在线发表头戴随动式脑PET系统性能评估研究（10.2967/jnumed.125.271350）。该研究系统评价了团队自主研发的新型头戴随动式脑PET系统的物理性能与人脑成像能力，展示了中国原创脑PET技术从传统固定卧位扫描走向清醒、自然、动态脑功能成像的新可能。
从固定卧位到头戴随动 中国原创脑PET技术登上国际核医学顶刊JNM
图1 论文链接（点击文末“阅读全文”获取全文）
https://jnm.snmjournals.org/content/65/supplement_2/242036
研究团队围绕系统设计、物理性能测试、仿体成像、动物实验和人体脑成像验证，对该头戴随动式脑PET系统进行了系统评价，其空间分辨率与成像质量可媲美传统临床高端PET扫描仪。
该技术有望为阿尔茨海默病等认知障碍、癫痫、帕金森病、精神神经疾病等重大脑疾病的诊断评估、机制研究和疗效监测，儿童等难以长时间安静配合扫描的人群，以及脑机接口、神经调控和多模态脑科学研究提供新的分子影像工具。
该项研究也登上外媒报道。5月1日，国际医学影像专业媒体AuntMinnie以“Chinese scientists develop wearable brain PET system”(中国科学家研发可穿戴脑PET系统)为题进行了专题报道，关注这一中国团队研发的新型脑PET系统，在自由活动状态下开展脑成像的潜力。
01 为什么脑PET需要“动起来”？
正电子发射断层成像（PET）能够直接反映人体活体代谢和分子功能，是神经核医学、脑科学研究和脑疾病诊疗中的重要工具。长期以来，脑PET检查通常要求受试者在大型设备中保持固定卧位或坐位，并尽可能避免头部运动。
这种成像模式在临床诊断中已经十分成熟，但也带来一个长期存在的问题：并不是所有受试者都能长时间安静不动。对于儿童、老年认知障碍患者、帕金森病患者、癫痫患者、精神神经疾病患者，以及震颤、焦虑或其他难以配合扫描的人群，传统脑PET检查更容易受到头动影响，严重时会影响图像质量和检查完成率。
另一方面，人脑的许多重要功能活动并不发生在“静静躺着”的状态下。交流、任务执行、感知刺激、运动准备、行为反应、神经调控和脑机接口等过程，都更接近清醒、自然和动态状态。传统固定式脑PET在这些场景下存在明显限制。
头戴随动式脑PET正是针对这一问题提出的新技术路线。它的核心思路不是要求受试者“完全不动”，而是让成像系统围绕头部构建探测视野，并跟随头部运动，使探测器与脑部之间保持相对稳定的位置关系。换句话说，这是从“人适应设备”向“设备适应人”的一次重要探索。
02 中国原创头戴随动式脑PET系统
本研究中的头戴随动式脑PET系统采用环形头戴式结构，围绕人脑构建成像视野。系统包含192个探测器模块，采用高性能闪烁晶体与硅光电倍增管相结合的探测方案，整机重量约6 kg，并设计了背包式和悬吊式两种机械支撑方式，可支持坐位以及行走状态下的数据采集。
与传统大型固定式PET设备相比，头戴随动式脑PET更加轻量、紧凑，也更贴近脑专用成像场景。其设计目标并不是取代所有传统PET设备，而是为脑功能研究和特定临床场景提供一种新的分子影像工具。
特别是在难以长时间保持安静的患者中，头戴随动式脑PET有望提供更加友好的脑成像方式；在脑科学研究中，它支持清醒坐位、任务执行、交流互动和接近自然行为状态下的脑代谢及相关功能状态观察。
03 从仿体到人体：系统性能得到验证
在本研究中，研究团队参照NEMA NU 2-2018标准，对头戴随动式脑PET系统进行了系统物理性能评价。结果显示，该系统中心视野空间分辨率为2.29mm，灵敏度为720.2 cps/MBq，峰值噪声等效计数率为4.67kcps，散射分数为29.5%，飞行时间（TOF）分辨率为234 ps，能量分辨率为10.8%。
在图像质量验证方面，研究团队采用定制Hoffman脑仿体和多层Derenzo仿体开展实验。结果显示，该系统能够清晰显示Hoffman脑仿体中的主要脑结构，并可分辨小至1.7mm的热杆结构，体现出良好的高分辨率脑成像能力。
研究团队还开展了癫痫患者的18F-FDG脑成像验证，并与GE医疗Discovery MI PET/CT扫描仪进行了对照实验。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，成像效果可与Discovery MI系统媲美，且穿戴舒适度与临床可行性表现良好。这些结果表明，头戴随动式脑PET不仅在设备形态上具有创新性，也具备开展脑专用PET成像临床和脑科学研究所需的基础性能。
04 打开神经核医学应用新场景
头戴随动式脑PET的意义，不仅在于设备形态的变化，更在于它有望把脑PET带入更多过去难以开展的应用场景。
在临床应用方面，该技术有望服务于阿尔茨海默病等认知障碍、癫痫、帕金森病、精神神经疾病等患者群体，尤其是对难以长时间保持安静配合扫描的患者，可能提供更加友好的脑成像方式。对于一些症状具有波动性、状态依赖性或运动影响明显的脑疾病，头戴随动式脑PET也有望为疾病机制研究和诊疗评估提供新的观察窗口。
在脑科学和前沿交叉研究方面，头戴随动式脑PET可与脑电、行为学记录、眼动、运动捕捉和生理信号监测等技术结合，在同一状态下同步获取脑代谢、电生理、行为和生理信息。特别是在癫痫、帕金森病、脑机接口和神经调控等方向，这种多模态同步成像方式有望帮助研究人员更好地理解脑电活动、脑代谢变化、行为输出和干预效果之间的关系。
因此，头戴随动式脑PET不仅是一种新型脑成像设备，也是连接神经核医学、脑科学、脑机接口和神经调控研究的重要平台。
05 国产高端核医学装备的重要探索
高端PET系统研发涉及探测器、电子学、数据采集、图像重建、系统集成、质量控制和临床验证等多个关键环节，是典型的系统工程。头戴随动式脑PET系统的研发和JNM论文发表，体现了我国科研团队在脑专用PET、轻量化PET、随动式成像和新型神经核医学平台方面的持续探索。
该研究也表明，国产原创PET装备正在从传统大型固定式设备，进一步向专用化、轻量化、智能化和场景化方向发展。未来，随着系统性能、定量校正、运动校正、多模态同步采集和人工智能辅助重建等技术的进一步完善，头戴随动式脑PET有望在脑疾病精准诊疗、清醒状态脑功能研究、自然行为脑科学研究、脑机接口以及神经调控疗效评估等方向发挥重要作用。
深圳湾实验室团队表示，头戴随动式脑PET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。后续将继续围绕头戴随动式脑PET系统性能优化、定量成像、运动校正、多模态同步采集和临床场景验证开展深入研究，推动该技术在神经核医学和脑科学研究中的应用转化。
06 研究团队简介
深圳湾实验室先进分子影像实验室（Advanced Molecular Imaging Laboratory, AMIL-SZBL）隶属于深圳湾实验室生物医学工程研究所，是一个面向前沿分子影像技术和重大疾病精准诊疗需求建设的交叉创新团队。团队长期聚焦正电子发射断层成像（PET）及多模态分子影像装备研发，围绕高性能探测器、前端电子学、数据采集、图像重建、系统集成和临床转化等关键环节开展系统研究。
头戴随动式脑PET系统的研发，是我国在新型脑分子影像装备方向的重要进展。此外，AMIL-SZBL 团队还在全人体PET、心脑专用PET、小动物多模态成像等方向形成持续布局。团队希望通过发展新一代高性能、专用化、智能化和场景化分子影像技术，为脑疾病、肿瘤、心血管疾病等重大疾病的机制研究、早期诊断和疗效评估提供技术支撑。
图4 AMIL-SZBL PET模型
图片来源：深圳湾实验室网页 http://pengqy-lab-cn.szbl.ac.cn/
来源丨核医学微信公众号
