医科大教学核医学课件：第一篇 基础篇 第5章 核医学分子影像

神经、精神疾病、脑功能研究，不同生理刺激或 思维活动状态脑皮质的代谢，脑行为研究
区别心肌坏死、冬眠心肌，为 冠心病血运重建治疗提供依据
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2. 放射免疫显像
➢ 放射免疫显像是一种将放射性核素标记某些特定的单克隆抗体注入体内后 特异地与相应的靶抗原结合使其显影的显像方法，具有肿瘤高亲和性。
常见不良反应
口干、便秘
心功能抑制、低血压、 血脂改变、反跳
抗高血压药
中枢抑制药 β受体阻断药
电解质紊乱 代谢变化
首剂低压、干咳、 高血钾
头痛、头晕
颜面潮红、头痛、 头晕、恶心、便秘
利尿药
血管紧张素转化酶 抑制药 AT1受体阻断药 钙通道阻滞药
主要机制
下调交感张力
心输出量减少 心率减慢
肾素分泌下降
➢ 凋亡显像指通过体外显像的方法检测细胞自发及诱发性凋亡的位置及程度。 凋亡显像对于肿瘤治疗疗效的监测、心脏移植排异反应监测、急性心肌梗死 与心肌炎的评价有重要价值。
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显像种类 代谢显像
放射免疫显像 受体显像
反义基因显像 凋亡显像 乏氧显像
核医学分子影像显像剂概览
代表性显像剂
显像原理
➢ 分子影像技术可完整、直接地观察药物在活体体内的时空分布，了解药物 的代谢分布。
➢ 分子影像在新药创制的过程中有着极大的优势 1. 在药物研发初期，靶点占用率可以优化药物的使用剂量和时间； 2. 能够进行全身检查（如疾病分期）； 3. 可以有效利用同一研究个体进行重复研究，并可作为自身对照（如监测治 疗效果）。
➢ 受体显像主要包括肿瘤受体显像及神经受体显像，其中神经受体显像发展 迅速，神经受体显像剂有各种放射性核素标记的靶向多巴胺受体、乙酰胆 碱受体、5-羟色胺受体等。
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PET多巴胺受体影像示踪 建立大鼠海马神经干细胞快速诱导表达内源性多巴胺D2受体的体外培养技术，构建了基于
11C-NMSP（N-甲基螺环哌啶酮，多巴胺配基）PET受体显像的神经干细胞活体示踪与评估新 方法。
➢ 分子靶向治疗是通过干扰肿瘤生成和生长的靶向分子达到阻断肿瘤细胞生 长的目的的治疗方法。
➢ 64Cu-DOTA标记的曲妥珠单抗PET分子影像能显影HER-2阳性乳腺癌脑转 移病灶。18F-FES PET分子影像高代谢灶往往提示ER阳性的乳腺癌原发灶 或转移灶。这些受体显像的不断发展将使无创实现乳腺癌病理分子分型在 不久的将来成为可能。
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治疗前
治疗后
iPSC
EGFP
vWF, NeuN, GFAP特征表达
葡萄糖代谢变化
（iPSC）移植后神经修复与功能恢复的时空动态变化规律
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4. 免疫T细胞治疗监测与评价
➢ 免疫Ｔ细胞治疗是指利用肿瘤患者自身或供者的Ｔ淋巴细胞，经体外诱导筛选 或基因修饰使其获得肿瘤杀伤活性，再通过体外扩增后回输患者体内，从而发 挥肿瘤杀伤效应的一种治疗方法。
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2. 质子和重离子治疗监测
质子和重离子治疗目前主要采用质 子和碳离子。重离子具有深度剂量分布 特征和横向散射优势，对癌细胞有强杀 伤作用，并对癌细胞增殖周期、细胞内 氧浓度及癌细胞的损伤修复依赖性很低， 能够有效杀死癌细胞，是目前最先进的 放射治疗技术。
各种放射线体内剂量分布
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第一节
分子影像与核医学分子影像的概念
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一、分子影像与核医学分子影像的概念
➢ 分子影像学是运用影像学手段对体内特定分子或靶物质的生物学行为进行 定性和定量可视化的一门新型交叉学科。它能反映活体状态下细胞或分子 水平的变化，有助于理解这些特定分子的生物学行为和特征。
➢ 核医学分子影像是通过放射性药物示踪原理，从分子水平动态显示机体内 各种组织器官及细胞代谢的生化改变、基因表达、受体功能等生命关键信 息，揭示疾病生物学过程的学科。
➢ 反义基因显像能显示特异性癌基因过度表达的癌组织或治疗后抑癌基因的 表达水平，定位和定量特异的靶基因，从而达到在基因水平早期、定性诊 断疾病或评价疗效的目的。
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5. 凋亡显像
➢ 细胞凋亡（程序性细胞死亡）是为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主 的、有序的死亡。细胞坏死是混乱无序的、没有能量需求的，常常继发于突 发的细胞内成分释放，导致局部炎性改变。
位的断层图像，具有灵敏、准确、特异及定位精
确等特点。正是在这项技术不断成熟的前提下，
科研工作者们对影像学有了更前沿的研究和探索，
从而提出了比所谓的放射组学更高水平、金标准
和高层次的研究热点——影像组学。
（A）和（B）为PET图像，（C）为PET/CT融合图像，
（D）为提取的影像组学特征
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➢ 影像组学包含以下几个步骤：数据采集，病灶检测，病灶分割，特征提 取和信息挖掘。
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影像组学处理流程
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二、核医学分子影像在影像组学的应用
PET-CT将PET与CT完美融为一体，由PET提
供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，而CT提供
病灶的精确解剖定位，一次显像可获得全身各方
排Na+，利尿， 减少细胞外液容量 抑制血管紧张素转化酶， 阻止AngⅡ生成，缓激 肽保存
阻 断AngⅡ 与AT1受 体结合 减少细胞内钙含量， 松弛血管平滑肌
首剂现象
α1受体阻断药
阻断血管α1受体
心动过速、水钠潴留
血管扩张药
代谢产生NO
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➢ 18F-FAEU PET/CT报告基因显像已经被用于在非人灵长类动物猕猴中T细胞治 疗的示踪研究，18F-FAEU的聚集部位、程度、时空动态变化可以定性、定位、 定量反映T细胞在体内的植入、分布、存活、迁移等信息。
第三节
核医学分子影像与影像组学
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一、影像组学的概念
➢ 影像组学是利用大数据挖掘等信息方法进行肿瘤量化评估的新技术，一 般指使用CT，PET或MR作为输入影像数据，从海量基于图像数据中提 取出具有表达性的特征，然后使用机器学习或统计模型等方法进行疾病 的量化分析和预测。
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三、核医学分子影像的主要内容 1. 代谢显像 2. 放射免疫显像 3. 受体显像 4. 反义基因显像 5. 凋亡显像
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1. 代谢显像
18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）是最常见、最重要的代谢显像剂。主要应 用于肿瘤、神经与精神疾病、心血管疾病。
肿瘤早期诊断、分期、转移 与复发监测、疗效评估
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核医学分子影像评估及监测新药的疗效
治疗前
Gleevec® 治疗1 个月
2年后复发
Sugen治疗1周
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三、核医学分子影像在新型治疗方法中的应用 1. 分子靶向治疗 2. 质子和重离子治疗监测 3. 干细胞治疗疗效评估 4. 免疫T细胞治疗监测与评价
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1. 分子靶向治疗
核医学分子影像评估及监测碳离子治疗骨肿瘤的疗效
碳离子治疗前（A、B）后（C、D）的骨和软组织肿瘤的MRI和PET显像
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蛋氨酸 -PET 在 骨肉 瘤患者重离子治疗前可 以超早期预测患者的生 存时间，亦可用于重离 子治疗后的早期疗效评 估。
MET-PET和生存的关系（治疗前） MET-PET和生存的关系（治疗后）
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二、核医学分子影像的特点
➢ 核医学分子影像的技术和研究手段的共同理论基础就是“分子识别”。 ➢ 抗原与抗体的结合；受体与配体的结合；许多多肽类药物与相应靶细胞
的结合；反义探针与癌基因的分子识别；酶与底物的识别等。 ➢ 核医学分子影像的最大优势和特点是能够从细胞和分子水平对体内的生
物化学变化过程进行在体、无创、时空动态可视化。 ➢ 核医学分子影像相对于其他影像手段，显像剂种类繁多。
➢ 关于抗体的研究是放射免疫显像的热点，其中Affibody、微型抗体、纳 米抗体是主要的研究方向。
➢ 放射免疫显像具有高特异性、高成像对比率、高血液清除速度等特点，主 要应用于乳腺癌、肺癌等肿瘤的成像。
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3. 受体显像
➢ 受体显像是利用放射性核素标记的某些配体与靶组织中高亲和力的受体产 生特异性结合，反映体内受体空间分布、密度和亲和力的一种无创性方法， 具有配体-受体结合的高特异性以及放射性探测的高敏感性。
目前，影像组学主要应用是 辅助医生进行病情诊断。传统影 像医学通常应用于肿瘤的筛查、 诊断和预后。现阶段，影像组学 已经逐渐发展为融合影像、基因、 临床等多源信息进行肿瘤诊断、 疗效评估和预后判断的新技术。
影像组学典型临床应用概述图
本章介绍了分子影像、核医学分子影像及影像组学的概念及其在临床上的应 用。分子影像是一门由分子生物学、药物化学、医学影像学、医学信息与工程学 等多学科交叉的新兴学科。核医学分子影像在重大疾病的诊断与评估、新药的研 发与创制、新型治疗方法（如分子靶向治疗、质子和重离子治疗、干细胞治疗、 免疫T细胞治疗）的疗效监测与评价中具有重要作用。影像组学的不断发展推动了 核医学影像组学这一崭新概念的形成和发展。
剪切
消化
无血清NSC培养 D2的诱导表达
1.海马来源的NSC 2.含血清贴壁培养 3.添加BDNF
体外调控多巴胺D2受体表达方法
移植前 移植后 移植神经干细胞的D2示踪
D2受体持续表达的在体示踪
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4. 反义基因显像
➢ 反义基因是指一段与mRNA或DNA特异性结合并阻断其基因表达的人工合 成的DNA分子。反义基因显像是利用核酸碱基互补原理，用放射性核素标 记人工合成的特定反义寡核苷酸。
第五章
核医学分子影像
作者 ： 田梅
单位 ： 浙江大学医学院附属第二医院
第一节 分子影像与核医学分子影像的概念 第二节 核医学分子影像的应用实例 第三节 核医学分子影像与影像组学
重Baidu Nhomakorabea难点
掌握 分子影像与核医学分子影像的概念、特点 及主要内容
熟悉 核医学分子影像的主要临床应用
了解 影像组学的概念及核医学分子影像在影像 组学中的作用
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现代医学离不开先进的影像医学，分子影像是精准医学重要标志
获取解剖结构信息
PET
MRI
（2003 Nobel Prize）
CT （1979 Nobel Prize）
X-ray
（1901 Nobel Prize）
看 得 清 看 得 到
看
得
看
早
得
准
获取生化机理机制
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二、核医学分子影像与新药创制
18F-FDG
细胞葡萄糖代谢异常
11C-胆碱
细胞磷脂代谢异常
11C-MET
细胞氨基酸代谢异常
11C-乙酸
细胞乙酸代谢异常
124I-cetuximab
肿瘤异常增殖信号
64Cu-cetuximab-F（ab’）2 肿瘤异常增殖信号
11C-Raclopride 11C-NMSP
多巴胺D2受体拮抗剂 多巴胺和5-羟色胺受体拮抗剂
第二节
核医学分子影像的应用实例
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一、核医学分子影像在精准医学中的支撑作用
➢ 美国医学界在2011年首次提出精准医学（precision medicine）的概念。 ➢ 精准医疗计划是指根据患者的临床信息和人群队列信息，应用现代遗传技术、
分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活环境和方式，实现精准的疾 病分类及诊断，制定具有个性化的疾病预防和治疗方案。 ➢ 现代医学离不开先进的影像医学，分子影像是精准医学的重要标志。
11C-CFT
多巴胺转运体
99mTc-MDM2
双微体扩增基因反义寡核苷酸
18F-FHBG
无环鸟苷衍生物
99mTc-Annexin V
抵抗细胞凋亡（膜联蛋白类）
18F-ML-10
抵抗细胞凋亡（小分子类）
18F-FMISO
细胞能量异常
64Cu-ATSM
细胞能量异常
应用 大部分恶性肿瘤 泌尿系统肿瘤 脑肿瘤、放疗后复发或坏死 心肌疾病、肝细胞肝癌、肾癌 EGFR阳性的肿瘤 EGFR阳性的肿瘤 帕金森 帕金森、抽动症 帕金森 恶性肿瘤肿瘤基因显像 监测基因治疗 肿瘤治疗、心脏移植后监测 肿瘤治疗监测 肿瘤乏氧显像 肿瘤乏氧显像
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3. 干细胞治疗疗效评估
➢ 干细胞治疗是把健康的干细胞移植到患者体内，以达到修复或替换受损细胞 或组织，从而达到治愈目的的治疗手段。干细胞治疗过程中，移植后干细胞 在体内的植入、分布、存活、迁移等，需要分子影像方法进行时空动态示踪 和评估。
➢ PET分子影像方法发现了体外诱导多功能干细胞（iPSC）移植后神经修复与 功能恢复的时空动态变化规律。