超高分辨率PET成像：开启人脑分子探索新纪元的"鹰眼"技术

《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》：Eagle eyes on the human brain and beyond: PET at ultra-high spatial resolution

本刊推荐Volpi团队开展的NeuroEXPLORER超高分辨率PET脑成像研究，通过对比HRRT扫描验证了7种神经递质靶向放射性药物的成像性能，实现了<2 mm空间分辨率和颈动脉图像衍生输入函数，为神经退行性疾病和精神病症的微小核团定量研究提供了突破性技术平台。

　　

在分子影像学领域，人脑精细结构的可视化始终是科学家们追逐的圣杯。过去二十余年间，高分辨率研究断层扫描仪（High-Resolution Research Tomograph, HRRT）以其2.5-3毫米的空间分辨率一直代表着脑PET成像的黄金标准，然而对于大脑中许多关键性微小核团——如直径仅数毫米的神经调质亚皮质系统核团——这种分辨率仍显得力不从心。这些核团虽然体积微小，却是神经退行性疾病最早发生病理改变的部位，也是理解多种神经精神疾病机制的关键所在。

正是基于这一背景，由耶鲁大学Volpi团队主导的国际合作研究在《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》上发表了突破性成果，展示了NeuroEXPLORER超高分辨率PET系统在人类活体脑成像中的卓越性能。这项研究不仅标志着工程学上的重大进步，更为神经科学研究和临床诊断开启了全新维度。

研究采用的核心技术方法包括：基于硅光电倍增管的PET探测器设计，结合时间飞行（Time-of-Flight, TOF）技术和深度相互作用（Depth-of-Interaction, DOI）编码；49.5厘米大轴向视野扫描系统；光学运动追踪技术实现亚毫米级头动校正；以及7种靶向不同神经递质系统的放射性药物（包括[¹⁸F]FDG、[¹⁸F]SynVesT-1等）的配对扫描比较。研究纳入健康受试者，在NeuroEXPLORER和HRRT系统上进行同步动态采集对比。

The study by Volpi et al. on targeted radiopharmaceuticals with the NeuroEXPLORER

研究人员通过七种选择性放射性药物的系统对比，证实NeuroEXPLORER在所有指标上均显著优于传统HRRT系统。具体表现为：皮质轮廓清晰度显著提升，灰白质比值从HRRT的2-3:1提高至4-5:1，表明部分容积效应（Partial Volume Effects）得到有效抑制。特别令人印象深刻的是，[¹¹C]PHNO成像清晰显示了D3受体富集的丘脑前腹侧和乳头丘脑束摄取，[¹⁸F]Flubatine揭示了橄榄下核的活性，而[¹¹C]DASB则成功勾勒出中缝核的轮廓。这些发现证实了该系统在微小核团成像方面的突破性能力。

A new era of possibilities imaging

超高分辨率PET为神经调质亚皮质系统（Neuromodulatory Subcortical System, NSS）研究带来革命性机遇。该系统包含脑干和基底前脑的多个微小核团（如蓝斑核、中缝背核、黑质等），这些结构虽仅占脑神经元的1%，却是单胺能和胆碱能神经递质的主要产生部位。现在研究者可借助[¹¹C]MRB（去甲肾上腺素转运体）、[¹⁸F]FE-PE2I（多巴胺转运体）等特异性探针，在活体内直接观察这些核团在神经退行性疾病早期的病理变化。

此外，该系统为边缘系统（Papez回路）的精细研究提供了可能，包括内嗅皮质、海马亚区、杏仁核等记忆情感相关结构的个体化分析。在运动障碍领域，黑质纹状体多巴胺能系统的功能分区特征现在可被详细解析，这对于帕金森病和非典型帕金森综合征的早期鉴别诊断具有重要意义。在脑肿瘤应用方面，垂体微腺瘤的检测灵敏度有望显著提升，特别是在MRI阴性库欣病的诊断中发挥关键作用。

A new era of possibilities also for head-and-neck PET imaging

NeuroEXPLORER的大视野设计同时拓展了头颈部成像的应用前景。在血管炎诊断中，[¹⁸F]FDG PET可清晰显示颞动脉炎症，可能替代创伤性动脉活检。对于原发性甲状旁腺功能亢进症，[¹⁸F]氟胆碱（FCH）成像的检测率有望超越当前90%的水平。在头颈部肿瘤分期方面，超高分辨率可提高T分期的准确性，降低假阳性率。此外，在三叉神经痛、贝尔面瘫、梅尼埃病等颅神经和内耳疾病的诊断中也将发挥重要作用。

Methodological advances and remaining challenges in UHP PET

技术方法上的创新包括基于颈动脉活动的图像衍生输入函数（Image-Derived Input Function, IDIF）实现完全无创定量分析；光学运动追踪系统的应用确保图像质量；以及新型脑图谱分割方法（如AAL-3）的验证。然而挑战依然存在：非线性头颈运动的校正、大数据量处理（单次扫描可达TB级）、多中心标准化等问题仍需解决。此外，对于需要代谢物测量的放射性配体，动脉采血或群体数据估计仍是必要手段。

Resolution versus sensitivity

与长轴向视野（Long-Axial Field-of-View, LAFOV）全身PET系统形成互补，超高分辨率PET专注于脑和头颈部的分子成像细节，而前者更适合全身生物分布和药代动力学研究。由于信噪比与计数的平方根成正比，像素尺寸减小两倍需要八倍的灵敏度提升，因此剂量降低可能不如LAFOV系统显著。机器学习重建算法的发展可能在未来实现分辨率和信噪比的最佳平衡。

Regulatory challenges

目前NeuroEXPLORER在欧盟属于医疗器械法规（Medical Device Regulation, MDR）下的研究设备，在美国需通过研究设备豁免（Investigational Device Exemption, IDE）进行临床研究。鲁汶大学系统已于2025年9月获得欧盟MDR批准，开始在神经退行性疾病、癫痫、脑肿瘤等领域进行临床验证研究。

这项研究标志着分子影像学领域的范式转变。正如詹姆斯·韦伯太空望远镜革新了天文学观测能力一样，NeuroEXPLORER为代表的超高分辨率PET系统为人类认识大脑提供了全新的"眼睛"。该系统成功将分子特异性与解剖精度相结合，突破了以往PET技术无法企及的微小结构成像极限。虽然运动校正、定量优化等挑战仍需完善，但这一技术无疑将推动神经科学研究、药物开发和临床诊断进入全新阶段，特别是在神经退行性疾病早期诊断、神经精神疾病机制解析和精准医疗应用方面展现巨大潜力。随着全球多个研究中心陆续投入使用，超高分辨率PET必将催生更多突破性发现，深化我们对人类大脑这一最复杂器官的理解。