分子影像学概论

分子影像学发展前景一、前言：分子影像学，源于细胞生物学、分子生物学和影像技术学的结合，所涉及的领域大大超越传统临床知识结构下的影像学，而它除了被应用在癌症临床诊断和分期治疗中，更将对上游制药企业的新药研发产生革命性改变。

二、概述分子影像学的定义：分子影像学(molecularimaging)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。

因此,分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合而产生的一门新兴的边缘学科"经典的影像诊断(CT、MRI等)主要显示的是一些分子改变的终效应,具有解剖学改变的疾病;而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法,探查疾病过程中细胞和分子水平的异常,在尚无解剖改变的疾病前检出异常,为探索疾病的发生、发展和转归,评价药物的疗效,为分子水平疾病的治疗开启了一片崭新的天地。

分子影像学的基本原理：分子影像学通过把分子和细胞生物学探针与现代仪器结合（PET、PET/CT），运用分子探针技术对活体生物和人体内的分子和细胞事件进行实时和非侵入式的成像技术。

即把放射性核素标记的分子探针注入人体内，使它在体内正常运转和吸收参与体内各种各样的生理活动。

运用外置影像设备检测分子探针的活动情况，并将其检测到的信号放大成影像图，是能在体外观察到人体内的细胞、分子的活动情况，了解其发生病变的早期迹象。

其解决了晚发现难治疗的问题。

三、分子影像学的发展及临床应用（一）分子影像学的3个主要的阵营:（1）经典医学影像学:以X线、CT、MRI、超声成像等为主,显示人体解剖结构和生理功能;（2）以介入放射学为主体的治疗学阵营（3）分子影像学:以MRI、PET、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（二）分子影像学的应用目前为止，分子影像学主要应用在基础研究领域，受到科学本身发展水平和法律法规的限制，临床前实验很少开展。

分子影像学与分子影像技术 第一讲 小动物在体成像与分子影像中科院自动化所医学影像研究室主要内容 一、医学影像技术与分子影像 二、小动物在体成像 三、小动物在体成像仿真平台 四、总结医学影像技术的发展 „ 结构成像„ X-ray „ CT 成像 „ MRI成像 „ 超声成像„ 功能成像„ fMRI 功能核磁共振成像 „ PET正电子断层成像 „ SPECT单光子发射断层成像„ 分子影像„ 光学成像 „ 磁共振波谱成像 „ 核素成像19--20世纪 看到病变■ 结构成像 ▪ X-ray ▪ MRI成像 ▪ CT 成像 ▪ 超声成像20世纪90年代 看到功能■ 功能成像 ▪ fMRI 功能核磁共振成像 ▪ PET正电子断层成像 ▪ SPECT单光子发射断层成像121世纪以来 看到细胞、分子水平的变化■ 分子成像 ▪ 光学成像 ▪ 核磁共振成像 ▪ 核素成像实时、在体 特异性医学影像技术 信息技术分子影像学分子影像技术可以在 细胞、基因和分子水 平上实现生物体内部 生理或病理过程的无 创实时动态在体成像 ，从而为疾病病程的 在体监测、基因治疗 的在体示踪、药物在 体疗效评测、功能分 子的在体活动规律研 究提供了新的技术平 台。

分子生物学分子影像学临床医学化学物理学新兴交叉学科国内外研究现状和发展趋势„分子影像学面临的挑战性问题„ „ „„ „ „„2002年，Science的十大突破之一：基于成像测量（包括 光学成像）的分子与细胞事件动力学过程的可视化研究 近年来，Nature杂志刊载了分子影像学方面的系列文章 2002年，美国国立卫生研究院路线图NIH Roadmap 2000-2002年，美国国家科学基金委NSF发布了四次 Biophotonics Partnership Initiative （生物光子学合作伙伴 计划）招标指南 2002年10月我国召开了以分子影像为议题的香山会议分子探针技术 成像技术 数据分析与处理（信息技术）分子探针技术 数据分析与处理 成像技术分子探针和靶分子分子探针 从体外注入到体内的分子参与体内生理活 动，并且探查人体内部的某种特定分子，因 此称为分子探针。

分子影像学综述
分子影像学是一种在生物体内探测生物分子过程的技术，包括核素、磁共振和光学影像等几种方法。

分子影像学能够在人体内非侵入性地直接对生物系统内各种分子过程进行实时观测和动态研究，是现代医学和生物学领域研究最前沿的技术之一。

分子影像学主要应用于分子诊断、分子病理学、分子药理学、药物分子动力学及药物代谢动力学研究等领域。

其中核素影像以其高灵敏度、高特异性和三维成像的特点，广泛应用于肿瘤、心血管、神经系统疾病等领域；磁共振成像由于具有高空间分辨率、精准的解剖结构定位和对不同的物理化学性质有较好的对比度，已成为分子影像学领域的重要手段；光学影像由于其特殊的光学和生物学特性，使得光学成像在分子影像学领域中有着独特的应用前景。

在未来，分子影像学还将有许多新的应用，例如基于光学影像技术，可以用于研究生物分子内部的微观结构和动态变化；基于核素影像技术，可以探测疾病前期的分子变化；基于磁共振影像技术，可以开展新型分子探测剂的筛选，从而展开全新的药物研发。

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）。

分子影像学的原理及临床应用一、分子影像学的概述•分子影像学是一种用于研究生物体内分子及其功能的影像学方法，通过检测和可视化分子的动态行为，揭示生命过程中的分子机制。

二、分子影像学的原理分子影像学主要依靠以下几种原理实现：1. 核磁共振成像（MRI）•原理：利用强磁场和无线电波对人体进行成像，通过检测核素在磁场中的行为以及其与周围环境的相互作用，获得各种组织或器官的高分辨率图像。

•应用：MRI在分子影像学中主要用于观察神经递质的变化、研究肿瘤的增殖过程等。

2. 正电子发射断层扫描（PET）•原理：利用放射性核素标记的药物，通过血液循环进入体内，放射性核素发生衰变时释放正电子，正电子与体内的电子相遇发生湮没，产生一对伽马射线，利用伽玛射线的辐射来进行成像。

•应用：PET在分子影像学方面主要用于观察代谢过程、鉴别肿瘤性病变等。

3. X射线计算机断层扫描（CT）•原理：通过X射线的透射与吸收，利用计算机重建出体内的断层结构，形成高分辨率的图像。

•应用：CT在分子影像学中主要用于检测肺结节、鉴别器官和组织等。

4. 单光子发射计算机断层扫描（SPECT）•原理：用放射性核素标记的药物，通过静脉注射进入体内，发出一束射线，被探测器探测到，形成一幅图像。

•应用：SPECT在分子影像学中主要用于心肌灌注显像、脑功能成像等。

三、分子影像学在临床应用中的意义•分子影像学在医学实践中具有重要的临床应用意义，其中包括以下几个方面：1. 早期疾病诊断•利用分子影像学的方法，可以更早地检测出疾病的存在，使得患者能够尽早接受治疗，极大地提高了疗效及生存率。

2. 疾病分期与评估•分子影像学可以观察疾病的发展进程，并评估疾病的严重程度，为制定合理的治疗方案提供了重要的依据。

3. 药物研发与评估•分子影像学可以帮助研发人员观察药物在体内的分布和代谢情况，评估药物的疗效和安全性，为药物研发提供重要参考。

4. 个体化医疗•通过分子影像学的方法，可以根据个体的分子水平信息，制定个体化治疗方案，提高治疗效果，降低不良反应的发生。

分子影像技术:医学影像的新革命周艳琼　白　木(广西桂林市西山南巷35号　541001)一、什么是分子影像技术分子影像学是传统的医学影像技术与现代分子生物学相结合产生的一门新兴学科,与之相对应的分子影像技术,旨在利用现有的一些医学影像技术(主要是PET 、fMRI 和光学CT )对人体内部特定的分子进行无损伤的实时成像。

分子影像技术综合了现有的多种物理和医学技术,能让医生们观察到患者体内的基因、蛋白质和其他分子的活动。

通常,探测人体分子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,其优势在于可以快速、远距离、无损伤地获得人体分子的三维图像。

和现有的医学影像技术相比,它可以揭示病变的早期分子生物学特征,从而为疾病的早期诊断和治疗提供可能性,也为临床诊断引入了新的概念。

实现真正意义上的分子影像技术,需要关注三大要素:分子探针、信号放大和高灵敏探测。

目前,在多数情况下,科学家要从外部向人体输入一种分子(分子探针),进而与细胞内另一分子(靶分子)形成特异结合。

分子探针的目标就是要对所研究的人体内部的靶子进行标记成像。

通常,由于分子探针的浓度只有纳克以至皮克量级,因而体内成像信号放大和高灵敏度成像仪器的研制也是分子影像技术发展的关键。

另外,成像仪器是否具备很高的时间分辨率和空间分辨率,也是需要考虑的因素。

目前,分子影像常用的探测方法有核探测方法、核磁共振方法和光学方法等。

分子影像学研究的核心技术是高灵敏度射线探测、弱磁场探测以及弱信号放大和高分辨率成像。

这些与高能物理实验技术所要求的精度完全符合,高能所拥有的核分析技术以及同步辐射正是分子影像学研究所需的独特的手段,而且,高能所从事的PET 、CT 等技术的开发项目,正是分子影像学研究所急需国产化的设备。

体内分子影像领域是分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学、计算机科学的交叉研究领域,是近年发展起来的以体内特定分子为成像对比度源的医学影像技术。

分子影像分析技术一、课程简介分子影像学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。

因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，而经典的影像诊断（X线、CT、MR、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、探针及方法，探查疾病过程中细胞和分子水平的异常，在尚无解剖改变的疾病前检出异常，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效中，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用。

本门课程通过对分子影像学工具、试剂及方法的讲解，使学生掌握分子影像学的基础理论、基本知识，着重介绍了分子影像学技术的最新进展和应用情况，并详细介绍了分子成像在肿瘤、中枢神经系统和心血管系统疾病诊断中的应用情况，重点阐述了分子成像在监测基因治疗、活体细胞示踪以及新药研发等方面的最新研究进展，并就分子影像学向临床转化所面临的问题进行了剖析。

同时培养学生应用所学知识观察、分析、综合和独立解决问题的能力，为学生在未来临床工作中诊断、治疗疾病打下坚实的理论基础。

二、理论教学内容1.分子影像学概述掌握内容：分子影像学的概念和范畴。

了解内容：分子影像学的产生和发展；分子成像的条件；分子成像常见类型；数字化医学影像。

2.分子生物学与分子探针掌握内容：分子探针的原理和选择；利用分子探针检测DNA损伤；分子探针在细胞凋亡检测中的研究进展；基于化学小分子探针的信号转导过程研究；分子成像靶点的种类和选择、靶点的筛选技术。

了解内容：分子探针穿透生物屏障的常见机制；纳米分子影像学；脑受体分子显像与经学探针；分子影像药物动力学定域模型。

3.磁共振分子成像掌握内容：磁共振检查基因传递与基因表达成像；MR报告基因成像；常用的MR分子成像探针；小动物磁共振分子成像研究；靶向磁性纳米粒子用于肿瘤的磁共振分子成像。

科技信息基础理论研讨随着计算机技术和分子生物学技术的不断发展,医学影像已经从传统影像进入到分子影像的时代。

分子影像是将先进的影像技术与分子生物学技术、生物化学、生物物理学、生物工程学、计算机信息处理技术和医学影像等多门学科互相融合,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，在分子水平进行成像的一门边缘学科。

分子影像诊断疾病具有高度的灵敏度和特异性,对于临床治疗具有个性化指导价值。

分子影像学属于分子医学,广义上讲,所有在分子水平研究疾病发生和发展过程的影像都属于分子影像。

狭义上讲,分子影像是指在DNA、RNA和蛋白质水平研究疾病的发生和发展的过程。

经典的影像诊断(CT、MRI等)主要显示的是一些分子改变的终效应,具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法,探查疾病过程中细胞和分子水平的异常,在尚无解剖改变的疾病前检出异常,为探索疾病的发生、发展和转归,评价药物的疗效,为分子水平疾病的治疗开启了一片崭新的天地。

影像医学发展到现在逐渐形成了3个主要的阵营：(1)经典医学影像学：以X线、CT、MRI、超声成像等为主,显示人体解剖结构和生理功能；(2)以介入放射学为主体的治疗学阵营(3)分子影像学：以MRI、PET、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。

相对于经典医学影像学以常规B超、CT、MRI等体内解剖结构显示方法而言,分子影像学，特别是PET技术(正电子发射体层成像术),使用适当的放射性核素,标记核酸、受体、酶、基因探针等生物分子,直接显示疾病的分子机制,是功能影像学的杰出代表。

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。