深圳自研“脑成像头盔”成为全球首创

       4月30日，国际核医学顶刊《Journal of Nuclear Medicine》在线发布重磅成果：深圳湾实验室彭旗宇团队研制的头戴随动式PET系统完成系统性能测试、模体实验和人体研究等多层次验证，在国际上率先实现自由活动状态下的人脑全脑分子显像，为脑科学研究和重大脑疾病诊疗提供了开创性的新工具。

       这一成果，有望打破高端脑成像设备长期依赖进口、传统模式僵化的被动局面，为我国脑科学与核医学装备自主自强写下浓墨重彩的一笔。

       长期以来，高端医学影像设备主要依赖进口。传统大型固定式PET设备价格高，单台造价高达数千万元，部署条件要求高。传统PET设备必须固定卧位扫描，患者一动就影响成像质量。无论是癫痫患者控制不住抖动、阿尔茨海默病老人不耐久卧，还是儿童难以长时间配合，导致大量患者根本无法顺利完成检查。更关键的是，静态成像抓不到清醒活动时的真实脑功能信号，传统技术只能呈现受限状态下的脑功能信息，长期制约脑科学研究。

       “我回国就是要攻克关键核心技术，解决真问题。”2022年初，深圳湾实验室生物医学工程研究所副所长彭旗宇在美国工作近20年后，毅然回国从零组建团队，瞄准高端脑成像装备自主研发，立志做出全球领先的、老百姓用得起的、中国人自己的脑PET技术。

       目标远大 致力解决人类重大疾病

       “生物医学工程领域的使命，就是用工程手段解决人类在生物科学和临床医学中的真实问题。”彭旗宇始终坚持这一科研初心。他指出，心脑血管疾病占我国因病死亡原因的45%，阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫等重大脑疾病，拖垮无数家庭、造成沉重社会负担。这类疾病早期隐蔽，早干预、早治疗是关键。以Aβ、Tau和葡萄糖代谢等分子影像为代表的脑PET技术，能在临床症状明显出现前发现阿尔茨海默病相关病理或代谢异常。部分研究提示，阿尔茨海默病相关病理或代谢异常可能早于明显临床症状多年，甚至可能早于明显临床症状10至15年出现，为早筛、早诊和早干预提供重要依据。但传统高端脑PET设备贵得像奢侈品，价格高、使用条件苛刻，难以普及。“我们的目标，是把高端设备从奢侈品变成公共卫生工具，让所有人都用得起，包括全球中低收入国家和人群。”彭旗宇说。

       在脑科学与脑机接口研究领域，现有技术存在明显短板。当前脑机接口多基于脑电信号解析，对信号源头、空间定位、大脑真实生理状态说不清楚；大脑可塑性变化，长期应用风险也不明确；传统静态脑PET，跟不上人类真实活动状态的研究需求，一直是领域空白。

       彭旗宇团队从零起步潜心攻坚，正是对这一科研导向的生动践行。

       从零起步 啃下最核心的“硬骨头”

       “探测器是整个系统最核心、最关键的器件，其结构设计、读出电子学、系统集成和关键算法均由团队自主研发。”助理研究员张义彬介绍，探测器负责捕捉核素释放的伽马光子、转化成图像信号，是设备性能的命门。团队不照搬国外任何技术，从材料、结构到电子电路，全部从零设计、从头研发，彻底规避知识产权风险。

       该研究第一作者博士生刘涵坦言，这是她第一次做这么复杂的系统，难度远超预期。她坦言：“脑部仪器接口密、体积小、精度要求高，戴在头上还要稳、运动不能移位。”团队一次次改结构、一遍遍调参数，经过无数次试验，终于啃下这块硬骨头。

       团队刚组建时，基本上是一穷二白，缺人才、缺场地、缺资质、缺经费。团队不等不靠，招聘和培养机械、电子、算法、临床等多学科年轻人，大家从零开始学习和成长，拧成一股绳，从探测器实验、机械加工到电路焊接、整机测试、算法研发、软件开发，从头到尾自己设计、自己加工、自己组装、自己调试，四年磨一剑，实现从0到1的突破。

       全球首创 补上脑机接口关键短板

       历经近四年攻关，团队成功研制出目前公开报道中，首个完成自由活动状态人体全脑PET成像验证的头戴随动式系统。系统采用环形头戴结构，整机约6公斤，可支持受试者在坐姿、站立、头部自然运动和轻度活动状态下开展脑PET成像研究，全球率先突破了传统固定卧位PET设备对人体姿态和行为状态的限制。

       实测数据显示，系统空间分辨率、灵敏度、飞行时间分辨率等核心指标达到国际先进水平，在癫痫患者对照研究中，系统获得了清晰的脑部代谢图像，主要脑区结构显示良好。图像质量在对照研究中，媲美临床主流进口高端PET/CT设备，打破国产设备精度不足的偏见。

       更具里程碑意义的是，这套系统补上了脑机接口领域关键短板。它能在清醒、任务、自然活动状态下，直接观测全脑代谢与分子功能，为脑机接口提供精准生理标定、长期安全评估，突破传统脑电信号解析局限，为脑科学研究开辟全新路径。

       成果落地 从实验室走向临床一线

       技术取得硬核突破后，团队紧扣临床需求、依托本土创新生态，快速打通从研发到应用的“最后一公里”。彭旗宇坦言，项目推进之所以高效顺畅，得益于深圳湾实验室的科研支撑，也离不开光明科学城的全链条创新环境。这里汇聚顶尖医学平台与高端人才，从基础研究、技术攻关到临床对接、成果转化，环环相扣、一气贯通，为高端医疗装备研发提供了肥沃土壤。

       2023年，借助光明区就近联动的便利，团队与中山大学附属第七医院共建核分子影像中心，聚焦临床应用痛点，推动技术从实验室走向临床研究场景。医院提供核素药物、临床场景和伦理流程支持，实验室负责设备研发、技术调试、成像验证和数据分析，形成“研发-测试-临床研究”的完整协同闭环。团队已研发多套先进PET设备，覆盖脑部、心脏、全身、小动物等多个应用场景，部分系统已用于科学研究和临床研究验证。

       助理研究员张义彬介绍，这套国产原创设备成本大幅下降、体积小巧。随着后续工程优化、临床验证和注册转化推进，该技术未来有望显著降低脑PET部署门槛，为基层医疗、社区筛查和全球中低收入地区脑健康服务提供新的可能，让高端脑成像走进基层、惠及普通百姓。团队坚持价值优先、原创优先、不追热点、不唯论文，沉下心做经得起临床检验、时间检验乃至历史检验的研究。

       彭旗宇表示，未来3至5年，团队将持续优化系统、扩大临床验证，让中国原创技术惠及全球患者。

       科研价值不止于临床应用，更在于中国原创成果的自主发声与高效传播。早在2025年12月，研究团队就将核心成果通过“浪淘沙”预印本平台率先公开。该平台由颜宁院士领导的深圳医学科学院牵头，联合深圳湾实验室、清华大学、西湖大学等共建，既打破传统期刊审稿慢的壁垒，又守住原创知识产权，让中国前沿科研成果第一时间走向世界。

       “我非常喜欢光明的科创环境。”彭旗宇坦言，光明科学城开放务实、鼓励做真正有价值的原创研究。七年建设，这里从蓝图变为创新高地，是他扎根奋斗、实现理想的地方。他希望与光明科学城共成长、共建设，当好国家基础研究、原始创新的参与者、贡献者，持续攻克硬核技术，为人类健康事业贡献中国力量。