2008 年 23 * 9 期
Vol.23 No.9
II^BZHZEIIHHaEQaSS
中?篆疔使各 [缠合]
浅谈分子影像学
毛翠平
(浙江大学医学院附属第二医院放射科，浙江杭州310009)
[摘要]分子影像学是近年来兴起的涉及影像学与现代分子生物学，及其他学科的新的边缘学科。本文针对分子影像学
所需的三种探针和成像方法进行了综述。
[关键词]分子影像学;分子探针；医学成像技术
[中图分类号]R445 [文献标志码]B [文章编号]1674~1633(2008)09^0064~02
Devdopment of Molecular Iconography in the Future
MAO Cui-ping
(Radiology Department of No. 2 Hospital affiliated to Medical College of Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310009, China)
Abstract: Molecular Imaging is an edge-subject that involves iconography, modem molecular biology and other subjects. TTie article
summarises the probe and imaging technique required in molecular iconography.
Key words: molecular iconogr^)hy; molecular probe; medical imaging technique
分子影像学的概念由Weissieder 于2001年首先提出， 指的用影像学的方法在活体的条件下对细胞和分子水平的 变化进行定性和定量研究。主要实现手段是核医学技术、 MRI 、超声及光学成像技术。其成像原理是借助分子探针， 通过靶向结合或酶激活的原理及适当的扩增策略放大信号 后，高分辨力的成像系统就可以检测到相应的信号改变，从 而间接反映分子或基因的信息。对于分子影像学,最重要的 是采用合适的探针和成像系统。
1分子彩像学常用的分子探针
能和靶特异性结合的物质(如配体或抗体等)与能产生 影像学信号的扣质(如同位素、荧光素或顺磁性原子〉以特定 方法相结合而构成的一种复合物，即为分子探针。
目前对分子探针的分类并不统一。根据所用影像学手 段的不同，这些探针可分为核医学探针、光学探针及MRI 探针。
1.1核医学分子探针
核医学的分子探针是靶向探针，由产生影像信号的放 射性同位素与能和靶分子特异结合的配体组成。
由于MRI 的检测敏感性较核医学及光学成像技术低几 个数量级，因此需要大量的对比剂在靶组织内聚集及强大 的信号扩增系统。MR 常用的分子探针有两类。一类是以钆 为基础的顺磁性分子探针，能产生T,阳性信号对比；另一 类为利用氧化铁的超顺磁性分子探针，能产生强烈的T 2阴 性信号对比。目前已经开发的超顺磁性探针主要包括超顺 收稿日期:2007-12-19 修回日期:2008-01-14 磁性氧化铁颗粒(SPI0)、超微型超顺磁性氧化铁颗粒(USH- 0)和单晶体氧化铁颗粒(MI0N)等。SPI0直径40nm ~ 400nm 不等，由Fe 304和Fe 203组成,外包碳氧葡聚糖，其氧化铁核 心由若干个单晶体构成。USPI0最大直径不超过30nni 。超 顺磁性氧化铁的颗粒大小对
其进人网状内皮系统的部位有 较大影响，一般直径较大的SPI0主要为肝、脾的网状内皮 系统所摄人,而USPI0颗粒小,主要进人
淋巴结组织及骨髓 组织中。
1.2光学成像的分子探针
光学成像技术主要包括荧光成像及生物发光成像。通 过探针的聚集或智能探针的激活可获得信号扩增。绿荧光 蛋白（green
fluorescent protein, GFT 1
)是突光成像技术常用的 一种标记物。光
学成像的探针大致上分为3种:①最普通 的是非特异性探针,它们多为一些小分子物质，可以穿过血 管壁而进入细胞间隙。利用肿瘤组织的血管通透性较正常 组织高的特点进行光学成像。这种探针成像的图像效果较 差,而且缺乏特异性。②单克隆抗体，图像效果稍好，但亦 无特异性。③“智能”探针，在自然状态下，它们是没有荧光 作用的,但是一旦被一些特异性的酶激活后，它们可以产生 巨大的荧光效果。基于上述特点,这种探针获得的图像效果 好，特异性高。
1.3多模式成像的分子探针
多模式成像的分子探针是分子影像学探针的新进展。 多模式成像是利用2种或2种以上医学影像学模式对同一 物体进行成像以获得补充信息，这种技术可能同时提供解
[综合] 丨Si秀
谈各
剖、功能、代谢或分子信息。
2分子影像学常用的成像技术
2.1核医学成像
核医学分子成像技术包括单光子发射计算机体层显像(single photon emission computed tomography，SPECT)和正电子发射体层显像(position emission tomography,PET)。核医学成像的灵敏度高,是目前最成熟的分子显像技术，主要应用于以下几个方面：
(1)代谢显像目前研究较多的是已糖激酶和葡萄糖转运子表达显像、胆碱激酶显像、细胞增殖和内源性胸腺嘧啶激酶显像等。2-l8F-2-脱氧-D-葡萄糖(FDG)显像是目前临床应用最广的PET显像。
⑵基因表达分子显像主要包括反义PET显像和报告基因显像。反义PET显像是利用正电子核素标记某一特定序列的反义寡脱氧核苷酸作为PET显像剂，经体内核酸杂交与相应的靶mRNA 结合，通过PET显像，显示基因异常表达组织，反映目标DNA 转录情况。反义显像是一种内源性基因表达显像,显像难度较大。
⑶受体显像研究较多的受体系统有多巴胺能神经系统、5-羟色胺能神经系统、乙酰肫碱能受体、肾上腺素能受体等。其中研究最多的是多巴胺能神经系统随着基因组学的发展，小动物(如小鼠)在现代分子生物学实验中日趋重要,小动物PET成为分子显像的重要工具。小动物PET目前广泛应用于生物医药研究、代谢显像、受体显像、肿瘤显像、基因表达显像等方面。
就显示体内生理代谢及分子水平的变化而言，核医学成像也许是最敏感的技术之一，但其仍存在空间分辨力较差等不足之处，有待进一步提高。
2.2磁共振成像
分子水平的MR成像是建立在传统成像技术基础上, 以特殊分子作为成像对象，其根本宗旨是将非特异性物理成像转为特异性分子成像。MR分子成像的优势在于它的高分辨力’同时可获得三维解剖结构及生理信息’这些正是核医学、光学成像的缺点。但是MR的敏感性较低，需要通过信号扩增系统来提高其敏感性。
2.3光学成像
光学成像方法较多，主要有弥散光学成像、多光子成像、活体显微镜成像、近红外线荧光成像及表面共聚焦成像等。目前除了近红外线荧光成像、表面共聚焦和双光子成像外，其余的技术还只局限于实验研究中。光学成像有其较突出的优点:①非离子低能量辐射。②高敏感性。③可进行连续、实时监测。④价格相对较低。⑤染料激发和信号探测模式的灵活性。⑥无创性或微创性。
2.4超声成像
超声分子影像学是近几年超声医学在分子影像学方面的研究热点，它主要是利用微泡对比剂介导来发现疾病早期的细胞和分子水平的变化。超声分子显像具有无创性、花费低等优点，随着细胞和分子成像方法的提高，靶对比剂的精确定位,超声分子显像对于疾病的早期诊断、治疗具有非常好的前景。
3小结
虽然看起来分子影像学好像是遥不可及的、无从下手的,但是它却与放射科医师的日常医疗工作密切相关，在临床工作中可以提炼出很多分子影像学范畴的问题和研究课题。反过来,分子影像学必须要结合临床,解决临床问题才有意义。应该看到，对于分子影像学这个新兴的学科，最主要的是多学科的合作，尤其是与生物、化学、物理、工程、计算机等相关学科的交流和合作。比如：在分子探针的设计、制备以及表征分析中，就需要生物工程、生物化学等相关专家的密切配合。现有的几种分子成像技术各有优缺点，因此,多种成像技术联合使用将会提供更多更全面的信息。我们希望未来的分子成像技术能够无创、实时地监测药物代谢、酶的活动、信号转导、抗原水平及细胞增殖,并且可以阐明基于机体细胞和组织功能互相连接的物理途径和网络分子。
分子影像学是近年刚刚兴起的一门学科，它虽然在疾病的早期诊断、基因显像、药物筛选、疗效评估、血管生成及细胞凋亡等领域取得了一定的成果,但仍然存在很多挑战。分子影像学中最重要的是开发新的探针、新的成像技术；其次是建立小动物的成像技术，为动物实验打下基础；再者就是研究高效、低毒的转染技术，使外源性报告基因有效进入体内，并保持高的活性。相信不久的将来,分子影像学的基础研究和临床试验均将取得更大的成果。
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分子影像学在中国的发展历程 在过去的近百年里, 医学影像学发展的主要动力来自物理学和计算机科学, 而21 世纪以来，影像医学影像发展的主要的因素将是基因组学和生物化学。随着人类基因组测序工作的完成以及基因和蛋白质组学等研究的不断深入, 以细胞病理学为基础的现代医学正逐步向分子医学方向发展。而作为连接分子生物学与临床医学的桥梁，分子影像学必将成为21世纪医学影像学的发展趋势与主导。分子影像学相比经典的医学影像学，所特有的——早期诊断也将对现代、未来的医学模式产生革命性的影响. 近十年，分子影像学以惊人的速度发展。国际知名学府哈佛大学、斯坦福大学、麻省理工大学、牛津大学等相继成立了分子影像研究中心，并取得了丰硕的研究成果。国外学者已经应用分子成像技术对疾病的组织表现型、酶活性及基因表达等方面进行了深入研究。在细胞水平，用分子成像活体示踪影像学标记的细胞，已成功用于监测病变内的炎性细胞浸润及细胞移植治疗中移植干细胞在活体内的迁移、分化情况。在分子水平，通过标记与靶组织特异性识别并能与之结合的分子，动态观察疾病的发生、发展过程，可同时监测多个生物事件，并对其进行时间和空间上的研究。这些过程包括：细胞代谢异常、细胞表面受体表达异常、酶活性异常、细胞凋亡、肿瘤血管生成等; 在基因水平, 应用报告基因(包括双报告基因及多报告基因)成像，可间接反映目的基因的表达情况，已成功实现了对基因治疗过程的活体监测，并应用于肿瘤的发生、生长、转移及其他特性的研究。 我国自2002 年起才开始分子影像学研究工作。2002 年10 月在杭州举行的主题为“分子影像学”的第194 次香山科学会议就分子影像学的研究现状、未来发展方向及其重大意义等问题进行了广泛的交流和讨论。这次会议也说明，国家开始逐步认识到分子影像的重要性以及我们与国际的差距。虽然参加本次会议的学者来自于跨度很大的多个学科，但少有医学影像学专家，也可以看出本次会议的局限。 2004 年 4 月，在哈尔滨举办了以国内著名医学影像专家为主的国内首届国际分子影像学研讨会, 就相关学科的最新发展动态进行了深入的交流, 并达成以下会议共识:(1)分子影像学是一门极具发展潜力的新兴交叉学科，广大影像工作者应该尽快了解这门学科的前沿并切实把相关研究工作开展起来;(2)我国与发达国家相比，在分子影像学研究领域有很大差距，但分子影像学是一门新兴学科，还有许多研究空白，这为我们迅速选择研究切入点提供了机会，如果及时把握机会，就会迎头赶上;(3)要构建分子影像发展平台，增进国内外和学科间的交流，加强合作，共同推动我国分子影像学快速向前发展。此后，分子影像学研究在国内引起广泛重视。目前也取得了一定成绩，在中科院自动化所研究员田捷教授的带领下，国内科研人员率先攻克了分子影像学中的国际难题，提出了非匀质算法，令国外专家学者无不拍
商品名称：医学影像学放射诊断全集基础篇(10DVD-ROM) 主讲/解说：冯晓源 配音语言：普通话 音频格式：普通话（杜比数字5.1） 字幕语言：中文 碟片数：10片 介质：10DVD-ROM 出版社：中华医学电子音像出版社 ＩＳＢＮ：9787894190604 条形码：9787894190604 定价：850元 编辑推荐 《医学影像学放射诊断全集》内容翔实，图像清晰， 形象直观，实用性强，是从事医学影像学临床工作者 的重要参考资料，可以大大推动医学影像学放射诊断 的发展，促进年轻医师的成长。 内容简介 医学影像学是目前临床诊治技术中发展最快的领域之一，新技术新方法层出不穷，但是我国相关医务人员的技术水平与技能还不能满足人民群众日益增长的健康需求。为了加快年轻医师的培养，同时规范临床放射诊断，在中华医学会的领导下中华医学会放射学分会与中华医学电子音像出版社联合策划出版《医学影像学放射诊断全集》系列教学光盘。 《医学影像学放射诊断全集》也是“十二五”国家重点出版物出版规划项目“中华医学会医师培训工程”系列分册之一，分为基础篇、提高篇和介入篇。其中基础篇主要针对住院医师的培训，该篇集中国内61位放射专业知名专家联合编制，共包括1张多媒体光盘。通过专家讲座、图像判读、自我测试等多种形式帮助临床医师，特别是年轻医师可以尽快掌握放射诊断技能，该套教材可以反复的学习，有利于提高临床诊断能力与水平。 序言prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" 医学影像学是目前临床诊治技术中发展最快的领域之一，新技术新方法层出不穷， 但是我国相关医务人员的技术水平与技能还不能满足人民群众日益增长的健康需求。为 了加快年轻医师的培养，同时规范临床放射诊断，在中华医学会的领导下中华医学会放 射学分会与中华医学电子音像出版社联合策划出版《医学影像学放射诊断全集》系列教 学光盘。 《医学影像学放射诊断全集》也是“十二五”国家重点出版物出版规划项目“中华 医学会医师培训工程”系列分册之一，分为基础篇、提高篇和介入篇。其中基础篇主要 针对住院医师的培训，该篇集中国内61位放射专业知名专家联合编制，共包括10张多媒体光盘。通过专家讲座、图像判读、自我测试等多种形式帮助临床医师，特别是年轻医 师可以尽快掌握放射诊断技能，该套教材可以反复的学习，有利于提高临床诊断能力与
2008 年 23 * 9 期 Vol.23 No.9 II^BZHZEIIHHaEQaSS 中?篆疔使各 [缠合] 浅谈分子影像学 毛翠平 (浙江大学医学院附属第二医院放射科，浙江杭州310009) [摘要]分子影像学是近年来兴起的涉及影像学与现代分子生物学，及其他学科的新的边缘学科。本文针对分子影像学 所需的三种探针和成像方法进行了综述。 [关键词]分子影像学;分子探针；医学成像技术 [中图分类号]R445 [文献标志码]B [文章编号]1674~1633(2008)09^0064~02 Devdopment of Molecular Iconography in the Future MAO Cui-ping (Radiology Department of No. 2 Hospital affiliated to Medical College of Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310009, China) Abstract: Molecular Imaging is an edge-subject that involves iconography, modem molecular biology and other subjects. TTie article summarises the probe and imaging technique required in molecular iconography. Key words: molecular iconogr^)hy; molecular probe; medical imaging technique 分子影像学的概念由Weissieder 于2001年首先提出， 指的用影像学的方法在活体的条件下对细胞和分子水平的 变化进行定性和定量研究。主要实现手段是核医学技术、 MRI 、超声及光学成像技术。其成像原理是借助分子探针， 通过靶向结合或酶激活的原理及适当的扩增策略放大信号 后，高分辨力的成像系统就可以检测到相应的信号改变，从 而间接反映分子或基因的信息。对于分子影像学,最重要的 是采用合适的探针和成像系统。 1分子彩像学常用的分子探针 能和靶特异性结合的物质(如配体或抗体等)与能产生 影像学信号的扣质(如同位素、荧光素或顺磁性原子〉以特定 方法相结合而构成的一种复合物，即为分子探针。 目前对分子探针的分类并不统一。根据所用影像学手 段的不同，这些探针可分为核医学探针、光学探针及MRI 探针。 1.1核医学分子探针 核医学的分子探针是靶向探针，由产生影像信号的放 射性同位素与能和靶分子特异结合的配体组成。 由于MRI 的检测敏感性较核医学及光学成像技术低几 个数量级，因此需要大量的对比剂在靶组织内聚集及强大 的信号扩增系统。MR 常用的分子探针有两类。一类是以钆 为基础的顺磁性分子探针，能产生T,阳性信号对比；另一 类为利用氧化铁的超顺磁性分子探针，能产生强烈的T 2阴 性信号对比。目前已经开发的超顺磁性探针主要包括超顺 收稿日期:2007-12-19 修回日期:2008-01-14 磁性氧化铁颗粒(SPI0)、超微型超顺磁性氧化铁颗粒(USH- 0)和单晶体氧化铁颗粒(MI0N)等。SPI0直径40nm ~ 400nm 不等，由Fe 304和Fe 203组成,外包碳氧葡聚糖，其氧化铁核 心由若干个单晶体构成。USPI0最大直径不超过30nni 。超 顺磁性氧化铁的颗粒大小对 其进人网状内皮系统的部位有 较大影响，一般直径较大的SPI0主要为肝、脾的网状内皮 系统所摄人,而USPI0颗粒小,主要进人 淋巴结组织及骨髓 组织中。 1.2光学成像的分子探针 光学成像技术主要包括荧光成像及生物发光成像。通 过探针的聚集或智能探针的激活可获得信号扩增。绿荧光 蛋白（green fluorescent protein, GFT 1 )是突光成像技术常用的 一种标记物。光 学成像的探针大致上分为3种:①最普通 的是非特异性探针,它们多为一些小分子物质，可以穿过血 管壁而进入细胞间隙。利用肿瘤组织的血管通透性较正常 组织高的特点进行光学成像。这种探针成像的图像效果较 差,而且缺乏特异性。②单克隆抗体，图像效果稍好，但亦 无特异性。③“智能”探针，在自然状态下，它们是没有荧光 作用的,但是一旦被一些特异性的酶激活后，它们可以产生 巨大的荧光效果。基于上述特点,这种探针获得的图像效果 好，特异性高。 1.3多模式成像的分子探针 多模式成像的分子探针是分子影像学探针的新进展。 多模式成像是利用2种或2种以上医学影像学模式对同一 物体进行成像以获得补充信息，这种技术可能同时提供解
分子影像学研究综述 2008-01-21 17:45 摘要 分子生物学是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科，以遗传学、生物化学、细胞生物学为基础，从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究。分子影像学(molecular imaging)是随着分子生物学的发展而逐渐出现并发展起来的，影像技术最早是分子生物学的研究方法之一，随着技术手段的逐渐完备和多样化，形成了自身的科学规律，进而成为分子生物学的一个分支学科。分子影像学的定义是用影像技术在活体内进行细胞和分子水平的生物过程的描述和测量。与经典影像诊断学不同，分子影像学是一个正在发展中的研究领域，远未达到成熟，现阶段主要研究内容是发展和测试新的工具，试剂在活体中进行特殊分子路径的成像方法。本文主要综述了分子影像学成像技术、成像原理、成像条件和其意义应用等方面，最后做出了总结和展望。 关键字：分子影像学分子生物学生物医学 1引言 分子影像学是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科。1999年美国哈佛大学Weissleder[1]最早提出分子影(成)像学(molecular imaging MI)的概念，即应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。它主要是以体内特定分子为成像对比度源，利用现有的一些医学影像技术对人体内部生理或病理过程在分子水平上进行无损伤的、实时的成像。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针进行综合，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织在分子和细胞水平上的生物学过程的目的。 2分子影像学成像技术 分子影像学成像必须借助成像设备，不同的设备之间存在着敏感性、分辨率等不同，可相互补充。 2.1光学成像 光学成像无射线辐射，对人体无害，可重复曝光。这项技术对浅表软组织分辨高，可凭借软组织对光波的不同吸收与散射识别不同成分，并且可利用天然色团所特有的吸收获得功能信息。光学成像方法较多，主要有弥散光学成像、多光子成像、活体显微成像、近红外线荧光成像及表面共聚焦成像等，是分子生物学基础研究最早、最常用的成像方法。但光学成像技术穿透力有限，为数毫米到数厘米，目前仅用于小动物模型的研究。 2.2超声成像 超声也是无创成像方法，利用组织声阻抗的差别形成对比，使临床影像学的最常用的影像检查方法。超声分子成像主要是指将微泡造影剂通过血管进入靶组
分子影像学在医学影像中的应用进展 发表时间：2012-05-24T08:14:56.740Z 来源：《医药前沿》2012年第1期供稿作者：郭正义1 刘春丽2 [导读] 随着分子生物学和计算机应用技术的发展,分子影像学技术已成为医学影像学以及相关临床和基础研究的一个新趋势。 郭正义1 刘春丽2 ( 1 山东省泰安市中心医院放射科山东泰安 2 7 1 0 0 0 ) ( 2 山东省泰安市中心医院妇产科山东泰安 2 7 1 0 0 0 ) 【摘要】随着分子生物学和计算机应用技术的发展,分子影像学技术已成为医学影像学以及相关临床和基础研究的一个新趋势。随着人类基因组测序的完成和后基因组时代的到来，从核酸—蛋白质、蛋白质—蛋白质分子间的相互作用关系分析疾病的发病机理、疾病早期的生物学特征，为疾病发生的早期检测、预警、诊断和疗效评估提供新的方法与手段。它的研究成果将为肿瘤和其他疾病的发病机理、临床诊断、病情监测和疗效评估的研究提供有效的新方法和新手段。 【关键词】分子影像学分子生物学人类基因 【中图分类号】R319 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2012）01-0064-02 近年来,分子影像学的出现与迅速进展,是现代医学影像学发展的里程碑式的事件[1-3].作为一种技术手段,分子影像学在生物体完好无损的环境下,在分子或细胞水平对生物过程进行可视化、定性、定量研究,所获得的数据,与常规研究手段所得到的数据比较,更加接近机体的真实情况[2]。对病理过程的分子影像学研究,有望在早期疾病诊断和发现，从分子水平评价治疗效果等方面发挥重要作用。分子影像学能够帮助我们在分子水平真正早期发现病变,及时干预,而不是在患者出现临床症状与体征之后。传统医学影像诊断显示的是生物组织细胞病变的解剖变化，而分子影像学则着眼于生物组织细胞或分子水平的生理和病理变化，它不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子细胞水平发现疾病，真正达到早期诊断。 1 分子影像学成像原理及核心 分子影像学融合了分子生物化学、数据处理、纳米技术、图像处理等技术，因其具高特异性、高灵敏度和图像的高分辨率，因此今后能够真正为临床诊断提供定性定位、定量的资料。由此可见，分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合。分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针综合输入到人体内，用它标记所研究的“靶子”（另一分子），通过分子影像技术，把“靶子”放大，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织分子和细胞水平上的生物学过程的目的，从而对疾病进行亚临床期诊断和治疗。其中分子特异性探针构建是分子影像学研究的核心内容。在实际研究工作中,成像对象——“靶”的选择尤其重要[5-7]。由于靶向探针的构建与生物学特性研究耗费巨大,“靶”的选择可能决定研究最终科研成果与临床应用价值,需要慎之又慎。根据基础医学研究成果,考察“靶”的生物学功能,尤其在病理过程中的作用,是选择合适成像“靶”的依据。一般的选择标准:该“靶”与某种疾病发生、发展、转移紧密有关;或者其变化过程反映治疗效果。另外,还需要考虑分子靶标的位置(在细胞上或者细胞内)以及表达量。比如血管生成中的整αv β3,上皮细胞上的黏蛋白-1(mucin-1),细胞凋亡过程中的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)以及多药耐药相关蛋白(multidrug resistanceMDR1 P-glycoprotein, Pgp)等,均是理想的靶标。常用的分子特异性探针多由2部分构成:信号组件(s i g n a l i n gcomponent)与亲和组件(affinity component)。应用化学或生物物理方法优化探针,使之具有合理的体内生物学行为,包括稳定性、高信噪比等,是探针构建中必须考虑的重要课题。 2分子影像学对影像医学的影响 影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营：经典医学影像学：以X线、C T、M R、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能；以介入放射学为主体的治疗学阵营；分子影像学：以MR、P E T、光学成像及小动物成像设备等为主，可用于分子水平成像。三者是紧密联系的一个整体，相互印证，相互协作，以介入放射学为依托，使目的基因能更准确到达靶位，通过分子成像设备又可直接显示治疗效果和基因表达。因此，分子影像学对影像医学的发展有很大的推动作用，使影像医学从对传统的解剖、生理功能的研究，深入到分子水平的成像，去探索疾病的分子水平的变化，将对新的医疗模式的形成和人类健康有着深远的影响。随着人类基因组测序的完成和后基因组时代的到来，人们迫切需要从细胞、分子、基因水平探讨疾病(尤其是恶性疾病)发生发展的机理，在临床症状出现之前就监测到病变的产生，从而实现疾病的早期预警和治疗，提高疾病的治疗效果。因此，1999年美国哈佛大学Weissleder等提出了分子影像学(Molecular Imaging)的概念：应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。它是以体内特定分子作为成像对比度的医学影像技术，能在真实、完整的人或动物体内，通过图像直接显示细胞或分子水平的生理和病理过程。它在分子生物学与临床医学之间架起了相互连接的桥梁，被美国医学会评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一，是二十一世纪的医学影像学。 传统影像学主要依赖非特异性的成像手段进行疾病的检查，如不同组织的物理学特性(如组织的吸收、散射、质子密度等)的不同，或者从生理学角度(如血流速度的变化)来鉴定疾病，显示的是分子改变的终效应，不能显示分子改变和疾病的关系。因此，只有当机体发生明显的病理或解剖结构的改变时才能发现异常。虽然图像分辨率不断提高，但是若此时发现疾病，已然错过了治疗的最佳时机。然而，在特异性分子探针的帮助下，分子影像偏重于疾病的基础变化、基因分子水平的异常，而不是基因分子改变的最终效应，不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平发现疾病，真正达到早期诊断。分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合，它对现代和未来医学模式可能会产生革命性的影响。 分子影像学的优势，可以概括为三点：其一，分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征；其二，能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程；其三，可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。通常，探测人体分子细胞的方法有离体和在体两种，分子影像技术作为一种在体探测方法，其优势在于可以连续、快速、远距离、无损伤地获得人体分子细胞的三维图像。它可以揭示病变的早期分子生物学特征，推动了疾病的早期诊断和治疗，也为临床诊断引入了新的概念 3影像学的难点 目前最为常用的分子影像学技术有核医学成像技术，尤以PET的分子显像研究最具活力分子。另外，MR成像及MR波谱成像（MRS）、光学成像以及红外线光学体层亦颇多使用，而这些影像技术均有各自的利弊。就单从基因治疗来看，有许多问题没有解决，基
分子影像学进展 一、分子影像学研究内容 分子影像学(molecular imaging)是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。 分子影像学以分子生物学为基础，借助现代医学影像技术，对人体内部生理或病理过程在分子水平上的无创、微创实时成像，为疾病的早期发现和治疗提供手段, 并有望为临床诊断和治疗带来新突破。分子影像学作为一门新兴学科，代表了医学影像学的发展方向，必将对现代和未来医学模式产生重要的影响。近10余年, 分子影像学快速发展,取得一系列成就：在细胞水平检测病变内的炎性细胞浸润及细胞移植治疗中移植干细胞在活体内的迁移、分化情况；在分子水平通过标记与靶组织特异性识别并能与之结合的分子，动态观察疾病的发生、发展过程,同时检测多个生物事件, 并对其进行时间和空间上的研究。在基因水平应用报告基因成像可间接反映目的基因的表达情况,成功实现了对基因治疗过程的活体监测。 分子影像学常用的成像技术包括：1 、核医学成像。灵敏度高, 是目前最为成熟的分子显像技术。2、 MR 成像。分子水平的MR 成像建立在传统成像技术基础上, 以特殊分子作为成像对象。其根本宗旨是将非特异性物理成像转为特异性分子成像。3、光学成像。包括弥散光学成像、多光子成像、活体显微镜成像、近红外线荧光成像及表
面共聚焦成像等。4、超声成像。主要是利用微泡对比剂介导来发现疾病早期的细胞和分子水平的变化。 二、主要授课内容: 第一章、分子影像学概述 4学时 1、概念、范围、成像原理、基本成像技术； 2、分子影像学的分子生物学基础。 第二章、核分子影像学 8学时 1、核物理基础； 2、相关仪器设备； 3、放射性核素标记化合物和药物； 4、核分子影像学应用进展（受体显像、基因显像、放射免疫显像）。 第三章、光学分子成像 8学时 1、概述； 2、成像原理、特点； 3、成像设备；4. 光学分子成像研究进展（荧光成像技术、生物发光显像技术）。 第四章、磁共振分子成像 8学时 1、概述； 2、成像原理、特点； 3、成像设备； 4、磁共振分子成像研究进展（神经系统磁共振成像、心血管磁共振成像）。 第五章、超声分子成像 4学时 1、概述； 2、成像原理、特点； 3、成像设备； 4、超声分子成像研究进展。 三、本课程的特色是
干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的特殊细胞类群．它能在体内分化成各种类型的靶向细胞[1]，归巢至各种疾病引起的损伤部位，幵在该部位分泌活性物质及调节其免疫反应[2]， 迚而修复受损的组织、减少炎症反应、促迚血管再生[3]，实现其治疗潜能．因此，监测细胞在体内的存活、分布、增殖、分化等生物学行为对确定治疗的有效性至关重要[4]。目前，干细胞移植已成为许多疾病治疗的研究热点，但其效果常受到移植干细胞存活率、分化率以及靶向性等限制［5］。分子影像学的发展使在活体状态下示踪移植细胞的存活、迁徙成为现实。Weissleder[1]于1999 年提出分子影像学概念, 即在细胞和分子水平活体评价生物过程, 包括体内示踪细胞的存活、迁徙。目前, 其对细胞的示踪主要通过以下几种手段实现：（1）利用化学合成的分子探针标记细胞[6]；（2）借助病毒或非病毒载体转染细胞，在细胞内高表达报告基因[7]；（3）利用商品化的纳米粒子化学修饰后标记干细胞[8]．根据分子影像学手段的不同，细胞体内示踪成像主要包括超声成像、磁共振成像、核医学成像, 后者主要包括单光子发射计算机断层显像 ( single photon emission computedtomography, SPECT)和正电子发射计算机断层显像 ( positron emission tomography, PET)。本文就干细胞在分子影像学几种成像手段迚行总结。 2 核磁共振成像(Magnetic resonance tomography)利用核磁共振原理，依据所释放 的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此绘制成物体内部的结构图像．MRI 能通 过软组织对比从而提供高质量的三维的功能和组织信息，而避免了电离辐射，因此能允许纵向评估细胞的种植和迁移[9]．临床中，通常将这种技术应用于人体内部结构的成像应用． 2.1 核磁共振成像的优缺点 用MRI 示踪的干细胞具有高空间分辨率、低毒性等优点，能确保干细胞的正确传递和提供 可视的移植的最佳部位，同时以最佳剂量和时间窗口注射到病人体内，从而优化干细胞治疗体系[10]．但是MRI 的信号不能有效地反映细胞的存活和增殖，因为铁离子能在死亡的细胞 内有残留，幵且它能转移到邻近组织．核成像半衰期短，不能长时间监测，幵且高剂量的放射性示踪剂对细胞的存活和分化能力都有一定的影响[11]．该成像很难评估初始的细胞存活或者细胞数量．此外，在MRI 中应用的超顺磁性氧化铁是一个缺点，因为当被标记的细胞凋 亡时，巨噬细胞可以吞没该微粒，导致了细胞存活的信号有误差[12]． 2.2 核磁共振成像示踪干细胞在疾病中的应用 2.2.1 在神经系统疾病方面的应用有报道利用超顺磁性氧化铁（SPIO）标记的干细胞通过 核磁第11 期杨晓青，等．干细胞示踪在疾病中的应用173共振成像评估干细胞在该系统疾病中治疗的影响[13]．Hoehn 等[14] 用SPIO 标记干细胞，注射至脑缺血老鼠大脑的非缺血区域，运用MRI 实时监测移植后的干细胞迁移、分化迚程及其再生潜能．通过成像观察到细胞沿着胼 胝体迁移，填充在缺血侧大脑半球的区域．Guzman 等[15] 通过MRI 深入分析了人神经干细胞在受损大脑内的生物学行为．通过该成像技术能实时观察用SPIO 标记的神经干细胞能分化成神经元及神经胶质细胞．幵且用MRI动态监测在不成熟啮齿动物的大脑内用SPIO 标记 的干细胞能迁移到相应的部位，相反的，在成熟的大脑内只有在受损时才会发生相应的迁移．该研究还运用大脑皮质中风模型，用MRI 观测神经干细胞经胼胝体的迁移及其存活．2.2.2 在心血管系统疾病方面近年来越来越多的研究通过高分辨率的MRI 观察磁性纳米粒 子标记干细胞治疗评价干细胞移植．在临床上也通过磁性纳米粒子及MRI 的检测的技术评 价干细胞的移植疗效．连续的MRI 允许示踪确定细胞移植的部位和其持久性[16]．很多在心 血管研究中运用核磁共振成像标记干细胞可行性和安全性已经得到认可．Kraitchman 等[17]在心肌梗死模型中运用MRI 无创地观察移植干细胞的数量及其植入部位，幵且能用该成像 技术客观评估心肌梗死的面积及局部心脏的功能．Terrovitis 等[9]运用氧化铁粒子标记干
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分子影像学 作者：熊正平 作者单位：中南大学湘雅二医院放射科,410011 刊名： 国外医学(临床放射学分册) 英文刊名：FOREIGN MEDICAL SCIENCES CLINICAL RADIOLOGICAL FASCICLE 年，卷(期)：2002,25(3) 被引用次数：1次 参考文献(29条) 1.Hu S;Shively L;Raubitschek A Minbody:a novel engineered anti-carcinoembryonic antigen antibody fragment(singlechain Fv-CH3) which exhibits rapid,high-level targeting of xenografts 1990(13) 2.Gambhir SS;Barrio JR;Phelps ME Imaging adenoviral-directed reporter gene expression in living animals with positron emission tomography[外文期刊] 1999(05) 3.Tjuvajev JG;Finn R;Watanabe K Noninvasive imaging of herpes virus thymidine kinase gene transfer and expression:a potential method for monitoring clinical gene therapy 1996(18) 4.Deigner HP;Kinscherf R Modulating apoptosis:current applications and prospects for future drug development 1999(05) 5.Brasch R;Pham C;Shames D Assessing tumor angiogenesis using macromolecular MR imaging constrast media[外文期刊] 1997(01) 6.Weissleder R;Mahmood U Molecular Imaging[外文期刊] 2001(02) 7.Moats RA;Fraser SE;Meade TJ A"smart" magnetic resonance imaging agent that reports on specific enzymatic activity[外文期刊] 1997(7) 8.Weissleder R;Moore A;Mahmood U In vivo magnetic resonance imaging of transgene expression[外文期刊] 2000(03) 9.Weissleder R;Tung CH;Mahmood U In vivo imaging of tumors with protease-activated near-infrared fluorescent probes[外文期刊] 1999(04) 10.GoodwinDA;Meares CF;Osen M Biological properties of biotinchelate conjugates for pretargeted diagnosis and therapy with the avidin/biotin system[外文期刊] 1998(10) 11.Barbet J;Peltier P;Bardet S Radioimmunodetection of mdedullary thyriod carcinoma using indium-111 bivalent hapten and anti-CEA x anti-DTPA-indium bispecific antibody 1998(07) 12.Gaiano N;Kohtz JD;Turnbull DH A method for rapid gainof-function studies in the mouse embryonic nervous system[外文期刊] 1999(09) 13.Ruegsegger P;Kotler B;Muller R A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture 1996(01) 14.Paulus MJ;Sari-sarraf H;Gleason SS A new x-ray computed tomography systom for laboratory mouse imaging[外文期刊] 1999(06) 15.Fukumura D;Xavier R;Sugiura T Tumor induction of VEGF promoter activity in stromal cells[外文期刊] 1998(06) 16.Correia JA;Burnham CA;Kaufman D Development of a small animal PET imaging device with reslution approaching lmm[外文期刊] 1999(06)