NeuroEXPLORER超高性能脑PET成像系统：靶向放射性药物的突破性图像质量与HRRT对比研究

《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》：Exceptional brain PET images from the NeuroEXPLORER: scans with targeted radiopharmaceuticals and comparison to HRRT

本研究针对现有脑专用PET系统（如HRRT）因分辨率和灵敏度不足难以精准量化小脑区信号的问题，通过对比新型超高性能NeuroEXPLORER（NX）与HRRT在七种靶向放射性药物（包括18F-FDG、18F-SynVesT-1、11C-PHNO等）中的成像效果，证实NX可显著提升图像细节与对比度，尤其对小脑干核团、丘脑亚区及低摄取皮质区域的显像能力具有革命性进步，为神经精神疾病的机制研究与临床诊断提供了全新工具。

　　

在神经科学和临床医学领域，正电子发射断层成像（PET）技术通过特异性放射性示踪剂，能够无创地量化大脑中的关键分子靶点，如神经受体、转运体和酶类，从而深化对正常脑生理功能及其病理改变的理解。然而，长期以来，脑专用PET系统的技术发展停滞不前，自高性能研究型断层扫描仪（High-Resolution Research Tomograph, HRRT）问世后的二十多年间，市场上并未出现实质性突破的替代产品。现有系统由于空间分辨率（约3毫米）和灵敏度的限制，在准确、精确测量小脑结构（如脑干核团、丘脑亚核、海马亚区）中的特异性信号时面临巨大挑战，尤其是部分容积效应（Partial Volume Effect, PVE）会严重降低对小结构的量化准确性。

为解决这一瓶颈问题，由耶鲁大学、加州大学戴维斯分校等多机构合作研发的NeuroEXPLORER（NX）超高性能脑专用PET扫描仪应运而生。该仪器采用先进的固态探测技术，探测器模块尺寸更小，使其空间分辨率提升至约1.5毫米，并拥有约50厘米的更长轴向视野，结合时间飞行（Time-of-Flight, TOF）技术，系统灵敏度相比HRRT提高了一个数量级。这些技术革新使得NX能够以极高的统计精度支持更小的体素，从而实现对微小脑结构的精准成像。

本研究旨在通过人体实验，直观比较NX与HRRT在七种不同靶向放射性药物成像中的表现，包括¹⁸F-FDG（葡萄糖代谢）、¹⁸F-SynVesT-1（突触密度标志物SV2A）、¹⁸F-FPEB（代谢型谷氨酸受体mGluR5）、¹⁸F-Flubatine（β₂^*尼古丁乙酰胆碱受体）、¹¹C-PHNO（多巴胺D₂/D₃受体）、¹⁸F-FE-PE2I（多巴胺转运体DAT）以及¹¹C-DASB（血清素转运体SERT）。论文发表于《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》，首次系统展示了NX在提升脑PET图像质量方面的巨大潜力。

关键实验方法概述

研究纳入7名健康受试者，在同一受试者中分别进行NX和HRRT的配对扫描。图像采集采用列表模式，并通过三维有序子集期望最大化算法（OSEM）进行重建，NX重建额外包含TOF、晶体深度相互作用及晶体间散射校正。早期（0-10分钟）和晚期标准摄取值（SUV）图像被生成并用于视觉比较，同时通过线性配准将HRRT数据映射至NX空间以公平对比。

研究结果

1. ¹⁸F-FDG图像显示卓越的灰白质对比度

NX图像在灰质（如扣带回皮层）中显示出极高的SUV（>10 kg/L），而白质摄取显著较低。线剖面分析表明，NX能清晰分辨丘脑内不同核团的异质性以及下丘脑核团的高摄取细节，这些在HRRT图像中因部分容积效应而模糊。

2. ¹⁸F-SynVesT-1突出脊髓与脑干细节

该突触密度示踪剂在NX图像中清晰显示了延髓背柱等微小结构，早期图像还揭示了与晚期不同的灌注分布模式，如乳头体、下丘等仅在早期显像。

3. 多巴胺系统示踪剂呈现前所未有的解剖细节

¹¹C-PHNO图像中，NX清晰显示了黑质、前腹侧丘脑核以及乳头丘脑束等富含D₃受体的区域，其冠状面图像与自体放射自显影结果高度一致。¹⁸F-FE-PE2I同样提升了黑质的显像对比度。

4. 脑干与小核团成像能力突破

¹⁸F-Flubatine图像中，NX首次在活体中清晰显示了脑干下橄榄核的高摄取；¹¹C-DASB则显著改善了中缝核及边缘皮质（如海马、杏仁核）的边界界定，为血清素系统研究提供了新视角。

5. 早期图像具备替代MRI的潜力

高提取率示踪剂（如¹⁸F-SynVesT-1）的早期SUV图像呈现出与晚期¹⁸F-FDG相似的解剖细节，其质量接近结构MRI，未来或可简化协议，避免额外MRI扫描。

结论与意义

本研究通过直接对比证实，NeuroEXPLORER在图像分辨率、对比度和噪声控制方面均显著优于HRRT，尤其在小脑核团（如丘脑背内侧核、外侧膝状体、下丘、中缝核等）和低摄取皮质区域的成像中实现了“活体自显影”级别的细节。这一技术突破将极大推动对帕金森病、抑郁症、精神分裂症等疾病中特定神经通路异常的精准量化研究。此外，NX的高灵敏度为动态神经递质释放研究、低密度结合位点成像以及输入函数提取等新范式提供了可能，其临床应用潜力包括隐匿性头颈癌的早期定位与手术规划。随着后续定量参数优化及大样本验证的开展，NX有望重新定义脑PET研究的精度边界，开辟从皮层分层分析到胎儿脑成像等全新研究方向。