上科大生医工在线学术讲座实录——定量脑分子成像

2021年11月11日， 受上海科技大学生物医学工程学院 (上科大生医工) 张雷副教授的邀请，美国犹他大学放射学和影像科学系主任 Satoshi Minoshima 教授做客上科大生医工学术讲座，通过 Zoom 会议和 Bilibili 直播，为全球各地的观众进行了题为定量脑分子成像 (Quantitative Molecular Brain Imaging) 的学术演讲。

Minoshima 教授在国际上享有声誉，获得多个国际重量级奖项，包括泰特曼纪念奖、库尔-拉森奖、美国伦琴射线协会金奖、2020年医疗设计十大 MVP 奖等。在学术组织中，Minoshima 教授曾担任多个重要职务，如国际核医学分子影像学会 (SNMMI) 前任主席、SNMMI 科学计划委员会主席和北美放射学会  (RSNA) 分子影像委员会主席等。目前 Minoshima教授任 SNMMI Value Initiative 委员会主席和 RSNA 研究和教育基金会理事会成员。作为神经科学领域的临床科学家，Minoshima 教授科研成果显著，首次发现后扣带皮层的 PET 显像可以作为阿尔茨海默病的早期诊断参考区域。此外，Minoshima 教授发明并推广了目前被科研和临床广泛应用的诊断统计制图技术 (NEUROSTAT / 3D-SSP) 。作为核医学脑影像研究的先驱，Minoshima 教授还与联合国国际原子能机构 (IAEA) 深入合作，大力推动核技术在医学方面的和平应用。

Minoshima 教授在演讲中，首先回顾了不同模态的医学影像以及放射学的发展历史，然后介绍了 PET 分子影像的基础知识。PET 影像不同于其他医学成像，主要在于前者需要注射放射性示踪剂，示踪剂通过血液循环进入目标部位后，发射出正电子在体内湮灭产生双光子，进而被 PET 探测器捕捉，从而形成多个时间点的动态影像。在报告中，Minoshima 教授重点介绍了大脑 PET 成像对于各种生理和病理的量化分析应用，主要的应用领域包括脑血流动力学、神经化学机理、异常蛋白质聚集和炎症机理。在 PET 成像方面，Minoshima 介绍了放射性示踪剂的制备、示踪剂动力学模型以及 PET 的参数成像应用等。

大脑分子成像示意图

鉴于放射性示踪剂在 PET 中的重要地位，Minoshima 教授介绍了放射性示踪剂的发展历程以及 PET 示踪剂在临床上的应用选择。针对疾病在临床上不同的发病机制，选取的示踪剂种类也不尽相同。例如痴呆疾病的 PET 显像，根据发病机制主要有葡萄糖代谢显像、神经受体显像以及蛋白显像等。

痴呆的放射性示踪剂举例

此外，Minoshima 教授为大家展示了其团队研发的基于 [F-18]FDG PET 三维立体定向表面投影的全自动方法，该方法显著提高了 PET 影像诊断早期阿尔茨海默症的灵敏度。Minoshima 教授还展示了其团队2021年在《Semin Nuci Med》杂志发表的关于痴呆的 PET 影像研究成果：在大脑中，[F-18]FDG 聚集在突触周围，其摄取变化能够反映局部神经元的活动功能，为痴呆的诊断提供了线索。

痴呆的 3D-SSP z 分数图

Minoshima 教授在演讲的最后展示了 AI 技术在 PET 成像中的应用，并列举了两篇文章作为说明。第一篇为 Klyuzhin 等人应用机器学习和人工神经网络对动态 PET 图像降噪的研究，文中训练出的深度去噪自编码器可以大幅降低体素级噪声。第二篇为 Guo 等人利用深度卷积神经网络，从多模态对比 MRI 中，预测 [O-15]H2O PET 脑血流图。鉴于上述研究成果，Minoshima 教授对于 AI 技术在 PET 中的应用给予了充分肯定并进行了展望。

从 MRI 中应用 AI 技术预测 [O-15]H2O PET 脑血流图

最后，Minoshima 教授对整个演讲进行总结。本次演讲主要涉及 PET 成像技术的应用、放射性示踪剂的发展进程、从复杂到简化的建模解决方案、Al 与临床应用的结合等。在学术演讲结束后，Minoshima 教授为大家简单介绍了犹他大学以及放射科，并分享了犹他的当地生活。讲座结束后，大家与 Minoshima 教授就报告内容进行了充分的讨论互动。

Minoshima 教授分享的犹他大学美景