在耶鲁大学正电子发射断层扫描（PET）中心，一种名为神经探索者（NeuroEXPLORER，简称NX）的超高性能脑部专用扫描仪正在重新定义脑部PET成像的可能性。
与先前最先进的脑部PET扫描仪相比，NX的灵敏度提高了10倍，空间分辨率超过两倍，能够检测更小结构的信号，并以更精细的细节进行成像。这可能有助于疾病的早期检测，并为研究阿尔茨海默病、帕金森病和脑癌等疾病开辟新的研究机会。
耶鲁医学院（YSM）研究人员目前正在展示这种提高的分辨率和灵敏度能够实现什么，他们最近在《欧洲核医学与分子影像杂志》和《核医学杂志》上发表了研究发现。
"这非常令人兴奋，"耶鲁医学院放射学和生物医学成像教授、NX开发的主要研究者之一理查德·卡森博士说。"这为我们打开了进行以前不敢想象的研究的大门。"
在这些新研究中，研究团队将NX与先前最先进的脑部专用PET扫描仪——高分辨率研究断层扫描仪（HRRT）进行了比较。他们还测试了NX是否可以为定量PET研究所需的侵入性动脉血液采样提供替代方案。
NX于2023年在耶鲁大学安装，是由耶鲁医学院、加州大学戴维斯分校和美国联影医疗的研究人员合作开发的。
"我们很兴奋终于看到NX在现实场景中的表现，"卡森实验室的博士后研究员、这两项新研究的主要作者托马索·沃尔皮医学博士说。"整个PET研究社区都参与制定了他们希望首先在NX上解决的应用列表，而这两项研究肯定在他们（以及我们）的必做清单上。"
神经探索者产生高分辨率图像
为了直接比较NX和HRRT，沃尔皮和他的团队使用七种不同的放射性示踪剂对七名参与者的脑部进行了扫描。放射性示踪剂在患者扫描前给予，它们发出的信号被PET扫描仪检测并转换为脑部图像。在这些研究中使用了各种示踪剂，针对脑部的许多功能，包括葡萄糖代谢和神经受体/转运体密度。
结果令人瞩目。
"你真的可以看到这些有趣的结构，而以前你是看不到的，"沃尔皮说。"如果你只看这些图像，就能看出它们有多详细，以及我们可以从中提取多少令人兴奋的信息。"
例如，当观察针对多巴胺受体的示踪剂时（多巴胺是脑中一种重要的神经递质），NX显示了整个乳头丘脑束——一个参与空间导航和记忆的重要回路的一部分。与帕金森病密切相关的多巴胺产生脑区——黑质——也清晰可见。沃尔皮说，使用HRRT，你只能瞥见这些结构。
"如果神经科医生能够实际观察这些详细结构，并评估这是一个健康个体还是帕金森病患者，可能会产生非常重大的影响，"他补充道。
神经探索者推导血液活性
鉴于NX产生如此高分辨率图像的能力，沃尔皮和他的团队也对测试其测量供应大脑的小血管活性的能力很感兴趣，这是定量脑部PET研究中必不可少的数据。
研究人员需要知道血液中有多少示踪剂，才能准确模拟脑中正在发生的事情。通常，这将通过血液样本来测量，但这个过程对患者来说是侵入性的，对研究人员和临床医生来说也很繁琐。人们越来越感兴趣的是使用图像推导的测量方法，即使用PET扫描仪本身来评估示踪剂水平并生成所谓的血液时间-活性曲线。凭借如此高的分辨率，NX能够做到这一点。
"使用以前的扫描仪，你的分辨率根本不够好，无法真正成像血液活性，"沃尔皮说。"但使用神经探索者，早期血液峰值首次被正确恢复。"
这个早期阶段的血液时间-活性曲线指的是示踪剂给药后的最初几分钟，此时血液活性非常高。虽然曲线的后期阶段仍需要额外工作，但早期阶段可用于量化示踪剂的输送，这可以作为脑血流量的测量指标。
"这是以前脑部PET无法获得的第一步，"沃尔皮说。
神经探索者开启新的脑研究路径
NX背后的独特工程是其成功的原因。该扫描仪设计有更长的视野，这意味着它可以比标准脑部PET扫描仪成像更大的区域，即不仅限于头部，还包括整个颈部。它还具有更小的检测元件，这些元件由PET扫描仪内部的晶体组成，用于检测来自示踪剂的放射性信号。减小这些晶体的尺寸使扫描仪能够更精确地确定脑内辐射的位置。
研究人员还添加了一个称为"交互深度"的功能，显示辐射与晶体相互作用的确切位置，从而创建更高分辨率的脑部图像。
由于如此高的灵敏度，生成高质量脑部图像所需的放射性示踪剂更少。这可能使研究人员能够研究发育中的青少年大脑，因为辐射量现在将远低于该年龄组的安全限制。
"自闭症和精神分裂症等疾病确实在儿童和青少年时期发展。目前，这些领域的研究是在18岁之后进行的，因为此时辐射风险被认为较低，"同时也是耶鲁工程学院生物医学工程教授的卡森说。"现在我们能够将辐射剂量降低10倍或更多，我们有潜力开放这些研究领域。"
NX的高灵敏度和分辨率也可能使临床医生能够通过区分可能是复发性肿瘤和可能只是治疗引起的炎症来观察脑肿瘤对治疗的反应，这种区分通常非常难以做出。
同时追踪神经递质和突触可能为帕金森病的机制提供见解，并早期识别与阿尔茨海默病相关的小脑区域；对这些患者的纵向随访可以为疾病的进展和潜在的鉴别诊断提供见解。
"利用这种高灵敏度跟踪患者的能力使我们能够进行更准确和精确的测量，我们可以看到微小的变化或在更短的时间内看到它们，这将非常令人兴奋和具有影响力，"卡森说。
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