如果癫痫患者在发作期也能接受脑功能成像，如果儿童不必在幽闭的扫描舱内保持静止，如果神经科学家能观察人边走边思考时的脑代谢变化——这些场景离临床还有多远？
这并非空想。一个名为 SmartBrain 的可穿戴脑正电子发射断层扫描（PET）系统，正试图把大脑成像从固定的检查室解放出来。近日，深圳湾实验室、哈尔滨工业大学与中山大学附属第七医院的研究团队在《Journal of Nuclear Medicine》发表论文，报道了这一系统的完整性能评估结果。该系统重量仅约 6 公斤，通过了美国电气制造商协会（NEMA）NU 2-2018 标准的全套测试，并与 GE HealthCare 的 Discovery MI PET/CT（DMI）系统进行了同台对比。
脑 PET 的“静止困境”
脑 PET 是直接反映脑代谢活动的强有力影像工具。然而，传统脑 PET 通常要求受试者在扫描期间保持静坐或仰卧姿势。这对儿童、癫痫患者或其他神经系统疾病人群构成了现实障碍，也限制了自然行为状态下的脑科学研究。
可穿戴脑 PET 的概念已酝酿多年。2011 年，Yamamoto 等开发了坐姿 PET 系统 PETHat；随后 Tashima 等推出了类似的 HelmetChin PET。然而，这些系统仍需固定安装平台。2017 年，Majewski 等开发了半移动式 AM-PET，Xu 等则推出了无外部支撑结构的 Mind-tracker PET，重量 3.5 公斤。但这些早期系统的轴向视野（Field of View, FOV）分别仅为 50 毫米和 30 毫米。
图 1： SmartBrain 可穿戴脑 PET 系统及其使用场景。
SmartBrain：把 192 个探测器织成可穿戴头盔
面对上述局限，研究团队给出的方案是一个 16 边形全环结构。SmartBrain 内径 207.44 毫米，轴向 FOV 121 毫米，由 192 个探测器模块组成 6 个环，每环 32 个模块。
每个探测器模块包含一个 6×6 的镥钇硅酸盐（LYSO）晶体阵列，单根晶体尺寸为 3×3×5 毫米³，通过光学胶耦合至一个 3×3 的硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier, SiPM）阵列。系统采用通道缩减策略，将读出通道从 1728 路降至 432 路。为降低重量，晶体厚度选为 5 毫米，但这以牺牲部分灵敏度和信噪比为代价。
整机重量约 6 公斤，支持列表模式（list-mode）采集，能量窗 461–611 千电子伏特（keV），符合时间窗 1 纳秒。研究团队还开发了可穿戴背包式和悬挂式两种机械支撑方案。温度通过外部风扇和风冷管道稳定在 0.5 摄氏度以内。
NEMA 测试：以商用标准丈量移动成像
为了验证 SmartBrain 是否达到商用 PET 的基本标准，研究团队依据 NEMA NU 2-2018 标准进行了全面物理性能评估。
空间分辨率方面，在轴向 FOV 中心采用二维滤波反投影（Filtered Backprojection, FBP）测得平均值为 2.29 毫米。为进一步评估系统本征分辨能力，中心点源数据经 1000 次迭代的最大似然期望最大化（Maximum Likelihood Expectation–Maximization, MLEM）算法重建后，空间分辨率接近 1.7 毫米。
系统灵敏度为 720.2 计数每秒每兆贝克勒尔（cps/MBq）。TOF 分辨率达 234 皮秒，能量分辨率 10.8%。峰值噪声等效计数率（Noise-Equivalent Count Rate, NECR）为 4.67 千计数每秒（kcps），出现在 10.1 千贝克勒尔每毫升（kBq/mL）活度浓度处，散射分数为 29.5%。
图 2： SmartBrain 系统的物理性能测试结果。
图像质量测试中，6 个热球（直径 10–37 毫米）与背景活度比为 9.4:1。图像采用有序子集期望最大化算法重建（12 次迭代，4 个子集），仅应用点扩散函数建模（2 毫米高斯核）和衰减校正。
模体到人脑：1.7 毫米分辨力与脑回还原
模体实验进一步验证了上述数值的可重复性。
如图 3 所示，多层 Derenzo 模体成像中，直径 1.7 毫米的热棒可被清晰分辨。在 FOV 中心，1.7 毫米热棒的谷峰比为 0.433，低于瑞利判据阈值 0.735，表明达到了明确的棒间分离。即便不使用 TOF 重建，在中心及 5 厘米偏心位置，1.7 毫米热棒依然肉眼可辨。
图 3： 多层 Derenzo 模体成像结果。
如图 4 所示，在定制的 Hoffman 脑模体中，横断面、冠状面和矢状面图像清晰显示了皮质灰质活度分布，并与无放射性的白质和脑室区域形成鲜明对比。图像还原了复杂的脑回形态，证明系统具备精细脑解剖结构的成像能力。
图 4： 定制 Hoffman 脑模体成像结果。
与 DMI 同台：190 分钟延迟扫描的成像质量
一名 43 岁男性癫痫患者参与了对比研究。其空腹血糖为 100.8 毫克每分升，注射 18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）318.2 兆贝克勒尔（MBq）。首先，在注射后约 60 分钟进行 8 分钟的 DMI PET/CT 扫描；随后，在注射后 190 分钟（残余活度约 95.9 兆贝克勒尔）进行 60 分钟的 SmartBrain 扫描。
如图 5 所示，SmartBrain 的横断面、冠状面和矢状面图像清晰呈现了皮质摄取模式，灰质分布明确，脑回解剖结构保存完好。白质和脑室区域呈低活度或无活度，符合 18F-FDG 的正常分布规律。
图 5： SmartBrain 采集的人脑 18F-FDG 图像。
如图 6 所示，与 DMI 图像相比，SmartBrain 在延迟扫描、低活度条件下仍显示出相似的皮质摄取模式，且对脑回细节的勾画更为清晰（图 6 红色箭头）。这提示，尽管可穿戴系统的灵敏度低于 DMI，但借助 TOF 重建和长时间采集，仍可在低剂量条件下获得足够的诊断级图像。
图 6： DMI 与 SmartBrain 人脑 18F-FDG 图像对比。
未来：脑 PET 从“固定机架”走向“随身诊断”
SmartBrain 代表了少数几款能在自由移动状态下实现成像的真正可穿戴脑 PET 系统。其全环构型确保了 FOV 的完整覆盖，5 毫米短晶体减小了深度相互作用（Depth of Interaction, DOI）不确定性和晶体内部康普顿散射，3 毫米晶体间距限制了晶体间散射，20 厘米小孔径则降低了非共线性效应的影响。
然而，当前局限同样明确。更薄的晶体导致灵敏度相对较低；系统尚未配备堆积校正，限制了高计数率条件下的性能；快速动态研究仍具挑战。此外，探测器覆盖范围和几何结构仍需优化，以支持更高灵敏度的临床需求。
研究团队指出，未来的改进方向包括增强探测器几何设计、开发先进校正算法，以及引入人工智能辅助图像重建。这些优化有望进一步缩短采集时间、提升图像质量，并拓展其在临床与神经科学中的应用范围。
当脑 PET 可以像头盔一样佩戴，神经影像学的应用场景将被重新书写。从癫痫发作期的实时监测，到儿童神经发育的自然状态评估，再到运动认知耦合的脑科学研究，可穿戴 PET 或许正站在一个转折点上。
参考：Han Liu, Wenkang Qu, Da Liang, Xin Yu, Yuejie Lin, Haoyu Zou, Siyuan Han, Zhijun Zhao, Ying Lin, Xiaoyin Zhang, Jinyong Tao, Wenbin Li, Huiping Zhao, Yibin Zhang, Gongning Luo, Ningyi Jiang and Qiyu Peng.Journal of Nuclear Medicine April 2026, jnumed.125.271350.
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