核医学分子影像概论
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分子影像学概论
分子影像学――医学影像新曙光
作者:申宝忠 汤 义 来源:现代医学成像 录入:drxiao 更新时间：2007-5-18 13:04:57 点击数：1054
【字体： 】
分子影像学――医学影像新曙光
申宝忠 哈尔滨医科大学附属四院影像中心
汤 义 哈佛大学医学院麻省总院分子影像中心
三 分子影像学的原理
分子成像就成像原理分为直接成像、间接成像及替代物成像，直接成像是指探针与靶点直接反应，因此所成图像揭示的探针位置和浓度直接与其与靶点（如抗原决定簇和酶）作用相关，其探针常常是抗原特异性的；间接成像相对复杂，目前最常用的间接成像手段是报告成像，包括报告基因和报告探针。报告基因（reporter gene）是指能间接反映基回转录水平的编码某种酶或蛋白质的基因，其表达产物易被报告探针检测，且易与内源性背景蛋白相区别。通过把转录控制元件+报告基因载体转入细胞内，通过简单地检测酶活性的变化，就可反映化合物对转录因子和基因表达的作用性质和程度，可以直观地“报道’细胞内和基因表达有关的信号级联。根据对其表达产物的分析方法的不同分为体内报告基因和体外报告基因。
作为无创伤性体内分子探针，设计上要考虑众多因素。以下因素是设计分子影像探针的一般要求，但涉及到特定的生物靶分子，因生物分子的特定功能差异而在探针设计上有特殊要求。另外需要指出的是，事实上分子影像探针很难满足以下全部要求，要做到理想化的探针是非常困难的。（1）分子影像探针对其靶生物分子具有高度特异性和亲合力，如能同时反映其靶生物分子的功能则更好。（2）分子影像探针在细胞内聚集的量与靶生物分子的含量或表达量成比例，当细胞内不含有靶生物分子时，细胞内不应该残留分子影像探针。（3)分子影像探针对细胞表面和细胞内的相同的靶生物分子的结合不应该存在倾向性差异。 与细胞表面靶分子结合时；分子影像探针的内化（internalzatlon）不会对其聚集量产生明显影响。（4）分子影像探针在到达靶生物分子前没有明显地受到血管通透性、组织静态压力、生物膜性结构障碍等影响。（5）机体不会对分子影像探针产生明显免疫反应或其他不良反应。（6）分子影像探针应在体内保持相对稳定，不易被分解代谢，或者其代谢物对结果分析不会产生错误影响。（7）分子影像探针在血液中不会被血细胞、血浆蛋白非特异结合，但在血循环中有适当的清除期以满足既能与靶生物分子充分结合又不会有高的血“本底”。（8）分子影像探针应具有良好的组织分布特征，无关组织的聚集量尽量少或能被迅速清除。（9）分子影像探针的排泄途径（如消化道泌尿系统）对结果分析不应该造成不利影响。（10）分子探针化合物可以用多种放射性核素进行标记以此适合于spect和pet显像；并且标记化合物的物理．化学和生物学特性符合探针要求，同时标记化合物要有足够高的放射性比活度。分子探针化合物本身具有良好的稳定性，并且标记后不易受到辐射而自分解。分子影像探针及其代谢产物在使用浓度范围内无毒性作用。根据成像手段不同，分子影像可分为光学分子成像、mr分子成像、pet分子成像，而它们应用的分子显像探针也各不相同。
作者:申宝忠 汤 义 来源:现代医学成像 录入:drxiao 更新时间：2007-5-18 13:04:57 点击数：1054
【字体： 】
分子影像学――医学影像新曙光
申宝忠 哈尔滨医科大学附属四院影像中心
汤 义 哈佛大学医学院麻省总院分子影像中心
三 分子影像学的原理
分子成像就成像原理分为直接成像、间接成像及替代物成像，直接成像是指探针与靶点直接反应，因此所成图像揭示的探针位置和浓度直接与其与靶点（如抗原决定簇和酶）作用相关，其探针常常是抗原特异性的；间接成像相对复杂，目前最常用的间接成像手段是报告成像，包括报告基因和报告探针。报告基因（reporter gene）是指能间接反映基回转录水平的编码某种酶或蛋白质的基因，其表达产物易被报告探针检测，且易与内源性背景蛋白相区别。通过把转录控制元件+报告基因载体转入细胞内，通过简单地检测酶活性的变化，就可反映化合物对转录因子和基因表达的作用性质和程度，可以直观地“报道’细胞内和基因表达有关的信号级联。根据对其表达产物的分析方法的不同分为体内报告基因和体外报告基因。
作为无创伤性体内分子探针，设计上要考虑众多因素。以下因素是设计分子影像探针的一般要求，但涉及到特定的生物靶分子，因生物分子的特定功能差异而在探针设计上有特殊要求。另外需要指出的是，事实上分子影像探针很难满足以下全部要求，要做到理想化的探针是非常困难的。（1）分子影像探针对其靶生物分子具有高度特异性和亲合力，如能同时反映其靶生物分子的功能则更好。（2）分子影像探针在细胞内聚集的量与靶生物分子的含量或表达量成比例，当细胞内不含有靶生物分子时，细胞内不应该残留分子影像探针。（3)分子影像探针对细胞表面和细胞内的相同的靶生物分子的结合不应该存在倾向性差异。 与细胞表面靶分子结合时；分子影像探针的内化（internalzatlon）不会对其聚集量产生明显影响。（4）分子影像探针在到达靶生物分子前没有明显地受到血管通透性、组织静态压力、生物膜性结构障碍等影响。（5）机体不会对分子影像探针产生明显免疫反应或其他不良反应。（6）分子影像探针应在体内保持相对稳定，不易被分解代谢，或者其代谢物对结果分析不会产生错误影响。（7）分子影像探针在血液中不会被血细胞、血浆蛋白非特异结合，但在血循环中有适当的清除期以满足既能与靶生物分子充分结合又不会有高的血“本底”。（8）分子影像探针应具有良好的组织分布特征，无关组织的聚集量尽量少或能被迅速清除。（9）分子影像探针的排泄途径（如消化道泌尿系统）对结果分析不应该造成不利影响。（10）分子探针化合物可以用多种放射性核素进行标记以此适合于spect和pet显像；并且标记化合物的物理．化学和生物学特性符合探针要求，同时标记化合物要有足够高的放射性比活度。分子探针化合物本身具有良好的稳定性，并且标记后不易受到辐射而自分解。分子影像探针及其代谢产物在使用浓度范围内无毒性作用。根据成像手段不同，分子影像可分为光学分子成像、mr分子成像、pet分子成像，而它们应用的分子显像探针也各不相同。
核医学影像概论
二、核医学影像与其它影像的比较
SPECT XCT 原理不同 发射（r射线 ） 透射（x射线 ） 作用不同 功能、血流和代谢 结构 成像方法 需显像剂 增强需造影剂 分辨率 低 高 辐射量 低 高
二、核医学影像与其它影像的比较
核医学影像的优势：
1、可同时提供脏器组织的功能和结构变化，有助于 疾病的早期诊断 2、可用于定量分析 3、具有较高的特异性 4、安全、无创 5、分子影像，能反映组织或脏器的组织生理与生化 水平变化的影像，为疾病的诊断提供分子水平的 功能信息。
三、放射性药物
（６）通透弥散：肺通气显像
（７）离子交换和化学吸附：全身骨显像、 骨三相显像 （８）特异性结合：放射性免疫显像、受体 显像、反义和基因显像、血栓显像。
三、放射性药物
临床放射性药物的来源：
（一）核素发生器，从半衰期分离为短半衰 期。临床上广泛使用的有99Mo-99mTc。如 99mTc （二）反应堆照射 如 131I、P32、锶-89、C１４、 125I （三）加速器生产 如201TI、111In、67Ga、18F、 15O、14N、11C。
MRI反映组织器官的解剖学形态变化。
二、核医学影像与其它影像的比较
（三）B超成像原理 B超成像利用超声波在人体软组织的声阻抗差 异产生的反射回波，来显示不同组织界面 轮廓。 B超是结构显像，反映组织器官的解剖学形态 变化。
二、核医学影像与其它影像的比较
（四）核医学成像原理
核医学成像原理：放射性核素被引入体内，体外
CT成像的原理基于X线的原理上，对一定厚度 的组织层面进行扫描 X线、CT是结构显像，反映组织器官的解剖学 形态变化。
二、核医学影像与其它影像的比较
（二）MRI成像原理 MRI通过对人体施加特定频率的射频脉冲，使 人体组织的氢核（即质子）受到激励而发 生磁共振显像，终止射频后，质子在弛豫 过程中感应出MR信号，通过对该信号的接 受及图像重建等处理，产生MR图形。
核医学分子影像概要
分子影像
早期诊断 早期定性 准确分期 准确预后 更早疗效判断 了解更多生物活性
乏氧 增殖 凋亡 受体 代谢……
早期治疗 早期干预 选择准确治疗方案 早期预防治疗 及时改变治疗方案 给予更多靶向治疗
增氧 超分隔放疗 诱导凋亡 受体调理 代谢抑制……
个体化治疗
分子影像的现状及与学科关系
临床分子影像 设备：
核医学分子影像概要
章英剑 2013.5.10
1).分子影像（ molecule imaging） 2).转化医学（translational medicine）实质：个体化治疗
提供的技术 分子影像诊断 分子影像指导下的治疗
影像学检查种类
光学
PET
分 子
影
SPECT
像
传
US（部分技术）
统
影 像
MR （部分技术）
各种影像的专长和分子探测的灵敏度
分子影像的三大要素
靶向物质 分子影像探针
示踪剂
探测工具
发光物质 正电子核素 单光子核素 磁性物质 含气微球
……
光学成像仪
PET SPECT MRI、MRS US 光声成像仪
高亲和力
高信号扩增
敏感、快速、高分辨率
分子影像的核心
分子影像探针（俗称显像剂）
分子影像的现状 90％用于肿瘤研究，少部分在脑神经和心脏
没有一个学科能像核医学那样 筛选、研究和推出那么多的探针
为什么要个体化治疗？
恶性肿瘤个体化差异无处不在
异质性 多中心性 变异性
肿块内部不同部位，不同的转移灶 不同的病灶 转移灶与原发灶不同
葡萄糖、蛋白质、酶、增殖、氧饱和度、受体….. 恶性、侵润、播撒、转移、复发、预后 治疗方法、治疗敏感性、治疗方法差异
第六章核医学影像
以图像形式显示 （功能性显像） 核素数量少
半衰期短
放射性活度 分布的外部测量 灵敏度高
（1）核医学影像技术方便且安全。 特点 （2）核医学影像是一种功能显像，不是组织的密度变 化。
第六章 核医学影像
10
第二节 射线探测
一、射线能谱 二、闪烁计数器
三、脉冲幅度分析器
第六章 核医学影像
11
一、射线能谱
第六章 核医学影像
46
二、照相机的性能指标及质量控制
7.系统灵敏度 系统对射线的探测效率 单位时间内单位活度的计数率
单位
C· min-1·Bq-1
图像质量集中指标 探测灵敏度 图像的线性
第六章 核医学影像
47
三、单光子发射型计算机断层原理
发射型计算机断层（ECT）
图像重建显示放射性核素在断层分布
28
二、准直器的技术参数
2.空间分辨力 半峰宽度(FWHM) 带准直器探测器沿垂直线源方向逐点计数 获得的响应曲线最大值一半处的曲线宽度
F R FWHM d 0 L
F 准直器焦距
相对计数率 D
do
L 100% F 50%
R R
半峰宽度 FWHM
d0 准直器孔径
L 准直器宽度
焦平面
半峰宽度FWHM 多孔聚焦式准直器结构
27
二、准直器的技术参数
2.空间分辨力 两线源分辨距离 R 两线源平行放置，用一带准直器探测器在垂直线源方向
逐点探测计数，获得探测计数与探测位置的响应曲线。
线源相距较远 两个峰值 对应线源位置 线源距离恰可分辨 峰曲线叠加 一峰曲线最小值恰好落在 另一峰曲线最大值位置上
(a)
R (b)
核医学影像概论1课件
3、内容 临床核医学
治疗核医学：内照射治疗 诊断核医学：核医学影像
实验核医学：体外放射分析、放射性药物学、放射
性核素示踪技术、放射性核素动力学等。
二、核医学影像与其它影像的比较
（一）X线、CT成像原理 X线成像原理：1、X线的穿透性、荧光效应和感光
效应；2、人体组织之间密度和厚度的差别；3、X 线穿透人体不同组织结构时被吸收的程度不同， 到达胶片的X线量有差异，从而在胶片上形成不同 的对比度。
六、图像分析
3、常见的伪影成因 （2）来自放射性核素显像剂的原因
A 制剂不当 B 配制方法的错误 C 标记核素本身质量不佳 D 其他的放射性药物成分混入
六、图像分析
3、常见的伪影成因 （3）来自机械性的原因
A 探头均匀性降低 B 光电倍增管性能不佳 C 旋转中心偏离 D 检查过程中电压变化
六、图像分析
三、放射性药物
2、特点 （1）放射性 ß射线、r射线、α粒子、俄歇电
子。 （2）不恒定性可自发衰变成另一种核素，放
射强度随时间延长而降低。所以要强调时 间观念 （3）辐射自分解 （4）引入量少，没有药理效应
三、放射性药物
3、作用机制 不同脏器的显像需要不同的显像剂，同一脏
器的不同功能或不同的显像目的也需要不 同的显像剂。
（1）合成代谢：用放射碘（碘-131或碘-125））为 显像剂进行的甲状腺显像；用18F标记脱氧葡萄糖 （18F-FDG）进行的肿瘤代谢显像
（2）细胞吞噬：用放射性胶体进行的肝、脾、淋巴 和骨髓显像
三、放射性药物
（３）循环通路：心血管造影、胃肠排空显 像、蛛网膜下腔显像等
（４）选择性浓聚：心肌梗塞定位显像、亲 肿瘤显像、放射性免疫显像
分子影像学概论
分子核医学
分子核医学能提供那些生物学信息
– 代谢 – 增殖 – 缺氧 – 凋亡 – 基因表达 – 血供的优势在于在于可以获得解剖生理信息以极高组织分辨率。一般意义的MR 是以组织的 生理特征、多种物理作为成像对比的参照。
• 分子水平的MR 成像是建立在以上传统成像技术基础上， 以在MR 图像上可显像的特殊分子 作为成像标记物，对这些分子在体内进行具体的定位。"MR 分子成像"可在活体完整的微循环 下研究病理机制,并可提供三维信息。
• MR 的具体应用主要包括基因治疗成像与基因表达、分子水平定量评价肿瘤血管生成、显微 成像、活体细胞及功能性改变等方面。暂时用磁共振技术进行的基因表达显像
MRI分子成像
3.荧光分子成像
• "光学成像"是分子生物学基础研究最常用、最 早的成像方法。
• "光学成像”无射线辐射，对人体无害，可重复 曝光。
2.能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程; 3.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。
18F-FDG 心肌代谢断层显像
SOS！
心肌不存活—灌注-代谢匹配
13NH3－H2O血流灌注显像 18F-FDG代谢显像
匹配
太晚了 ...
国内外现状和发展趋势
目录
• 第一节 分子影像学的产生和定义 • 第二节分子影像学成像基本原理及基本条件 • 第三节分子影像学的分类和研究内容 • 第四节分子影像学的特点 • 第五节分子影像学的应用
第九版核医学课件核医学分子影像
核医学（第9版）
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。
➢ 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。
核医学（第9版）
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。
➢ 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。
核医学（第9版）
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。
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
核医学分子影像培训课件
➢ 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。
3/2/2021
核医学分子影像
8
• 核医学（第9版）
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。
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。
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
3/2/2021
核医学分子影像
2
第一节
分子影像与核医学分子影像的概念
Hale Waihona Puke 3/2/2021核医学分子影像
3
• 核医学（第9版）
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。
无环鸟苷衍生物 抵抗细胞凋亡（膜联蛋白类） 抵抗细胞凋亡（小分子类） 细胞能量异常 细胞能量异常
核医学分子影像
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
3/2/2021
核医学分子影像
8
• 核医学（第9版）
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。
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。
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
3/2/2021
核医学分子影像
2
第一节
分子影像与核医学分子影像的概念
Hale Waihona Puke 3/2/2021核医学分子影像
3
• 核医学（第9版）
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。
无环鸟苷衍生物 抵抗细胞凋亡（膜联蛋白类） 抵抗细胞凋亡（小分子类） 细胞能量异常 细胞能量异常
核医学分子影像
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
分子影像技术
意义
分子影像技术与经典的医学影像技术相比，具有“看得早”的特点，经典的影像诊断（X线、CT、MRI、超声 等）主要显示的是一些分子改变的终效应，即器官发生了器质性变化之后才能进行观察，仅能用于具有解剖学改 变的疾病检测。而分子影像技术能够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。
分子影像涉及的专业领域包括分子生物学、生物医学影像、临床医学、药物化学、生物化学、药学、信息技 术、光电子技术、影像物理学等多学科综合交叉，这也是国际著名大学和科研院所近二十年来争相发展的重要标 志性学科。
分子影像学会
世界分子影像学会是国际分子影像领域唯一的全球性学术组织，也是全球五大洲分子影像学会的总会，每年 主办分子影像领域规模最大、水平最高、影响力最广泛的学术会议——世界分子影像大会，并出版分子影像领域 重要学术期刊《分子影像与生物学》。
产品比较
国外产品状况
国内产品状况
分子影像产品的研究与发展，是伴随着分子影像成像理论和成像算法的发展而逐步发展的。在荧光标记的分 子成像方面，世界上仅有少数实验室研制成功可以对小动物进行跟踪性在体荧光断层分子影像的系统。
近年来，国外某些公司改进了现有的体外荧光成像技术，发展出适用于动物体内的成像系统。荧光发光是通 过激发光激发荧光基团到达高能量状态，而后产生发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(DsRed) 及其他荧光报告基团，标记方法与体外荧光成像相似。荧光成像具有费用低廉和操作简单等优点。同生物发光在 动物体内的穿透性相似，红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多，近红外荧光为观测生理指标的最佳选 择。现有技术采用不同的原理，尽量降低背景信号，获取机体中荧光的准确信息。
核医学影像概论
的探测仪器探测体内的射线的分布与量。而放射 性核素在体内的吸收、分布、排泄等过程取决于 脏器的血流、细胞的功能、细胞的数量、代谢活 性和排泄引流情况等因素。
核医学影像是功能显像，反映组织器官的功 能状态。
二、核医学影像与其它影像的比较
区别总结为以下几点： 1、原理不同 ：核医学通过体内发射r射线成 像，其它通过体外发射x线或电磁波穿透组 织来成像。 2、作用不同 核医学反映组织的功能、血流和 代谢，其它影像反映组织的解剖结构 3、成像方法 ：核医学需显像剂，其它一般不 需要（增强需造影剂）。
三、放射性药物
（６）通透弥散：肺通气显像
（７）离子交换和化学吸附：全身骨显像、 骨三相显像 （８）特异性结合：放射性免疫显像、受体 显像、反义和基因显像、血栓显像。
三、放射性药物
临床放射性药物的来源：
（一）核素发生器，从半衰期分离为短半衰 期。临床上广泛使用的有99Mo-99mTc。如 99mTc （二）反应堆照射 如 131I、P32、锶-89、C１４、 125I （三）加速器生产 如201TI、111In、67Ga、18F、 15O、14N、11C。
ECT包括： 3、SPECT/CT、PET/CT 近年来以SPECT、PET为 基础设备配备CT成像系统的融合成像，将 功能代谢信息和解剖定位信息有效的整合， 进一步提高了诊断的灵敏度和精确度。
带符合线路的SPECT/CT也可以进行正电子显 像。
五、显像的方法
1、全身显像：全身骨显像 2、局部显像 3、静态显像：甲状腺静态显像 4、动态显像：肾动态显像 5、平面显像 6、断层显像：脏器断层显像 7、阳性显像：甲状腺亲肿瘤显像 8、阴性显像 9、早期显像：甲状腺旁腺显像 10、延迟显像
（1）合成代谢：用放射碘（碘-131或碘-125））为 显像剂进行的甲状腺显像；用18F标记脱氧葡萄糖 （18F-FDG）进行的肿瘤代谢显像 （2）细胞吞噬：用放射性胶体进行的肝、脾、淋巴 和骨髓显像
核医学影像是功能显像，反映组织器官的功 能状态。
二、核医学影像与其它影像的比较
区别总结为以下几点： 1、原理不同 ：核医学通过体内发射r射线成 像，其它通过体外发射x线或电磁波穿透组 织来成像。 2、作用不同 核医学反映组织的功能、血流和 代谢，其它影像反映组织的解剖结构 3、成像方法 ：核医学需显像剂，其它一般不 需要（增强需造影剂）。
三、放射性药物
（６）通透弥散：肺通气显像
（７）离子交换和化学吸附：全身骨显像、 骨三相显像 （８）特异性结合：放射性免疫显像、受体 显像、反义和基因显像、血栓显像。
三、放射性药物
临床放射性药物的来源：
（一）核素发生器，从半衰期分离为短半衰 期。临床上广泛使用的有99Mo-99mTc。如 99mTc （二）反应堆照射 如 131I、P32、锶-89、C１４、 125I （三）加速器生产 如201TI、111In、67Ga、18F、 15O、14N、11C。
ECT包括： 3、SPECT/CT、PET/CT 近年来以SPECT、PET为 基础设备配备CT成像系统的融合成像，将 功能代谢信息和解剖定位信息有效的整合， 进一步提高了诊断的灵敏度和精确度。
带符合线路的SPECT/CT也可以进行正电子显 像。
五、显像的方法
1、全身显像：全身骨显像 2、局部显像 3、静态显像：甲状腺静态显像 4、动态显像：肾动态显像 5、平面显像 6、断层显像：脏器断层显像 7、阳性显像：甲状腺亲肿瘤显像 8、阴性显像 9、早期显像：甲状腺旁腺显像 10、延迟显像
（1）合成代谢：用放射碘（碘-131或碘-125））为 显像剂进行的甲状腺显像；用18F标记脱氧葡萄糖 （18F-FDG）进行的肿瘤代谢显像 （2）细胞吞噬：用放射性胶体进行的肝、脾、淋巴 和骨髓显像
基础篇核医疗分子影像讲义
基础篇核医 疗分子影像
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
重点难点
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
第二节
核医学分子影像的应用实例
• 核医学（第9版）
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。
• 核医学（第9版）
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。
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。
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。
• 核医学（第9版）
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
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
重点难点
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
第二节
核医学分子影像的应用实例
• 核医学（第9版）
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。
• 核医学（第9版）
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。
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。
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。
• 核医学（第9版）
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
影像科技师的核医学与分子影像技术培训课件
不同类型肿瘤核医学检查策略
01
02
03
神经内分泌肿瘤
采用生长抑素受体显像剂 进行PET/CT或PET/MR检 查，评估肿瘤负荷和转移 情况。
淋巴瘤
采用FDG PET/CT进行肿 瘤分期和疗效评估，有助 于指导治疗方案的选择和 调整。
骨转移瘤
采用骨扫描、FDG PET/CT或PET/MR等方法 ，评估骨转移的范围和程 度，指导临床治疗和随访 。
影像科技师的核医学与分子 影像技术培训课件
汇报人：
2023-12-25
• 核医学与分子影像技术概述 • 影像科技师必备基础知识 • 核医学检查方法与临床应用 • 分子影像技术在疾病诊断中应用
• 治疗过程中监测和评估方法探讨 • 未来发展趋势及挑战应对策略
01
核医学与分子影像技术概述
核医学定义及发展历程
放射性碘治疗甲亢效果评价
放射性碘治疗甲亢的原理
通过摄入放射性碘元素，利用其在甲 状腺内的聚集和释放出的β射线，破 坏甲状腺组织，减少甲状腺激素的合 成和分泌。
治疗效果评价指标
监测方法
通过定期检测血清甲状腺激素水平和 甲状腺体积变化，结合患者症状改善 情况，综合评价治疗效果。
包括甲状腺激素水平、甲状腺体积、 症状缓解程度等。
04
分子影像技术在疾病诊断中应用
基因表达异常相关疾病诊断
基因突变与疾病关系
阐述基因突变如何导致蛋白质功能异常，进而引发疾病的过程。
基因表达检测技术
介绍基因芯片、RNA测序等用于检测基因表达异常的技术。
分子影像技术在基因表达异常疾病诊断中的应用
详述PET、SPECT等分子影像技术如何应用于基因表达异常相关疾病的诊断。
人工智能在核医学中应用前景
核医学与分子影像学教学设计
分子影像技术在生物医学研究中的应用
01
疾病诊断与治疗
分子影像技术可用于疾病的早期诊断、个性化治疗和疗效评估。例如，
利用特异性抗体探针可以实现对肿瘤的早期发现和定位，为精准治疗提
供重要依据。
02
药物研发与筛选
分子影像技术可用于药物作用机制的研究、新药筛选和药物剂量优化。
例如，利用分子影像技术可以观察药物在生物体内的分布和代谢过程，
讨论与互动
鼓励学生提出问题和意见，进行深入的讨论和交流，加深对核医学与分子影像学在临床应 用中的理解。
诊断和治疗方案制定
诊断方案
根据患者的病史、临床表现以及核医学与分子影像学检查结果，制定个性化的诊断方案 ，明确疾病的性质、部位和范围。
治疗方案
结合患者的具体情况和诊断结果，制定针对性的治疗方案，包括药物治疗、手术治疗、 放射治疗等，确保治疗的安全和有效性。
优点包括实时成像、无辐射和便携性；缺点包括 操作者依赖性、气体和骨骼对成像的干扰。
核医学成像技术
核医学成像原理
利用放射性核素标记的生物活性物质在人体内的分布和代谢情况 ，通过探测器接收并处理放射性信号以重建图像。
核医学成像技术应用
主要用于评估脏器的功能状态、疾病的早期诊断和疗效监测等。
核医学成像优缺点
MRI优缺点
优点包括无辐射、软组织分辨率高和多参数成像；缺点包括成像时 间较长、对运动敏感和成本较高。
超声成像（US）
US成像原理
利用超声波在人体组织中的反射和传播特性，接 收并处理回声信号以重建图像。
US技术应用
在核医学中，US可用于实时评估病变的形态、大 小和位置，以及引导穿刺活检和治疗。
US优缺点
探讨辐射安全的重要性和相关法 规，如国际原子能机构（IAEA） 的安全标准和各国的辐射安全法 规。
分子影像学概论PPT
• 同时医学影像技术经历了:结构成像、功能成像 和分子影像三个阶段的发阶段逐渐成熟起来。
• 在此基础上形成以分子生物学与不断创新的现 代医学影像技术相结合在分子及基因水平诊断 和指导疾病治疗的模式-----分子影像学。
4
5
分子影像学早期定义为应用影像学方法在细胞和分子水平对活体内状态下 的生物过程进行定性及定量研究。
疗 “The right patient, right time, the right treatment”
68
Example 1
• Recurrent sternal lesion • ER+ primary • Recurrent Dz strongly FES+
Example 2
• Newly Dx’d met breast CA
6
最新定义
• 随着对分子影像学认识的不断发展，认为 分子影像学是在分子水平上进行无损伤的 实时成像，了解体内特异性基因或蛋白质 表达的部位、水平、分布及持续时间的新 兴交叉学科，能直接或间接监控和记录分 子或细胞事件的时间和空间分布。
7
8
医学影像技术发展
9
19-20世纪
10
20世纪90年代
内分泌治疗
监测疗效 提高氧含量 多药耐药
67
个体化医疗
乳腺癌
精准医疗
分 子
ER/PR
分 型
原发+ 转移+
原发+ 转移-
HER2+
EGFR
ER- PRHER2-
(triple negative breast cancer, TNBC)
诊 疗
内策
精
准 治
合适病人？合适时间？合适方法？
• 在此基础上形成以分子生物学与不断创新的现 代医学影像技术相结合在分子及基因水平诊断 和指导疾病治疗的模式-----分子影像学。
4
5
分子影像学早期定义为应用影像学方法在细胞和分子水平对活体内状态下 的生物过程进行定性及定量研究。
疗 “The right patient, right time, the right treatment”
68
Example 1
• Recurrent sternal lesion • ER+ primary • Recurrent Dz strongly FES+
Example 2
• Newly Dx’d met breast CA
6
最新定义
• 随着对分子影像学认识的不断发展，认为 分子影像学是在分子水平上进行无损伤的 实时成像，了解体内特异性基因或蛋白质 表达的部位、水平、分布及持续时间的新 兴交叉学科，能直接或间接监控和记录分 子或细胞事件的时间和空间分布。
7
8
医学影像技术发展
9
19-20世纪
10
20世纪90年代
内分泌治疗
监测疗效 提高氧含量 多药耐药
67
个体化医疗
乳腺癌
精准医疗
分 子
ER/PR
分 型
原发+ 转移+
原发+ 转移-
HER2+
EGFR
ER- PRHER2-
(triple negative breast cancer, TNBC)
诊 疗
内策
精
准 治
合适病人？合适时间？合适方法？
分子核医学与分子影像概论
主要研究内容
一、代谢显像 基础：
葡萄糖代谢
临床应用：
a、肿瘤疾病的应用 b、脑代谢 c、心肌细胞活性研究
原理
Glucose
18F-FDG
已糖激酶 Cell
G-6-P
18FDG-6-P
CO2 + H2O
滞留在细胞内
葡萄糖代谢
正常
TIA
癫痫发作期显像
图9-15 MIBI-FDG心肌存活（彩图）.tif
四、放射免疫显像
基础：标记单克隆抗体与靶抗原特异性 结合 应用：肿瘤特异性显像
五、调亡显像 主要是通过对活体组织的凋亡细胞进行 观测。
分子核医学的主要技术问题
1、分子生物技术 2、放射性药物的研究 3、核素标记技术的研究 4、显像仪器分辨率的改善
分子影像
基本定义： 分子影像：应用影像学对发生在分子和 细胞水平的生物过程改变进行成像和量化 的技术 本质：功能影像
3、MRI分子成像 4、超声分子影像
分子核医学与 分子影像概论
核医学科 裴之俊
基本概念
分子核医学是应用核医学的示踪技术从分子水 平上认识疾病，阐明病变组织细胞受体密度与 功能活动的变化、基因的异常表达与报告基因、 生化代谢变化及细胞信息传导等，为临床诊断、 治疗和医学研究提供分子水平信息。
• 理论基础：分子识别 • 本质：放射性药物与靶器官或靶组织特异 性结合 • 典型特点：功能性显像
分子影像技术基础： a、选择合适的结合靶点 b、特异性结合、高亲和力的配体 c、灵敏度高、分辨率好的成像仪器
发展前沿
1、CT与分子影像 技术支持：图像融合技术 SPECT/CT、PET/CT
2、荧光分子成像 技术基础：光学成像与内镜技术结合 研究方向： a、肿瘤疾病 b、亲梗死荧光显像 c、细胞分子生物影像
影像科技师的核医学与分子影像技术培训课件(1)
辐射剂量学基本概念
辐射剂量
用于描述射线对人体组织或器官产生 的能量沉积的物理量，常用单位有戈 瑞（Gy）和拉德（rad）。
吸收剂量
当量剂量
考虑到不同射线类型和能量对人体组 织产生的生物效应不同，引入当量剂 量的概念，单位为希沃特（Sv）或雷 姆（rem）。
表示单位质量物质吸收辐射能量的物 理量，单位为焦耳/千克（J/kg）。
融合原理及方法介绍
融合原理
核医学与分子影像技术融合是基于两种 技术的互补性，通过结合核医学的功能 性信息和分子影像技术的空间分辨率， 实现更精准的疾病诊断和治疗。
VS
融合方法
主要包括图像配准、图像融合和图像后处 理三个步骤。图像配准是将不同模态的图 像进行空间对齐，图像融合是将配准后的 图像进行信息整合，图像后处理是对融合 后的图像进行进一步优化和可视化。
融合实例展示
PET/CT融合
将正电子发射断层扫描（PET）提供的功能性信息与计算机断层扫描（CT）提供的解剖结构信息进行融合，提高 肿瘤等疾病的诊断准确性。
SPECT/MRI融合
将单光子发射计算机断层扫描（SPECT）提供的功能性信息与磁共振成像（MRI）提供的高分辨率解剖结构信息 进行融合，用于神经系统疾病的诊断和治疗。
影像科技师的核医学与分子 影像技术培训课件
汇报人：
2023-12-30
• 核医学与分子影像技术概述 • 核医学技术基础 • 分子影像技术基础 • 核医学检查技术操作规范 • 分子影像检查技术操作规范
• 核医学与分子影像技术融合应用 • 影像科技师职业素养提升与培训建
议
01
核医学与分子影像技术概述
及时的影像诊断服务。提升途径包括加强职业道德教育、培养责任心、
核医学：分子影像与精准(转化)医学
Gene Expression Analysis (Capillary Electrophoresis Technology)
活体内分子生物学过程的可视化和定量分析
声
光
热
磁
分子影像技术三要素
• 靶点： • 探针： 生物兼容、穿透生理屏障
高特异、高亲和力，信号放大
• 仪器：灵敏度高、分辨率好
分子成像靶点：细胞膜+细胞内+细胞间质
无创、活体功能性显 像方法。
脑神经受体显像
（一）原理、显像剂与显像方法：
核医学显像原理三段论
靶器官或组织+生理/生化功能+核素示踪技术（显像剂）
脑多巴胺能神经神经显像
脑β淀粉样蛋白（老年斑）显像
（一）原理、显像剂与显像方法：
核医学显像原理三段论
靶器官或组织+生理/生化功能+核素示踪技术（显像剂）
Gambhir SS, Molecular Imaging of PET Reporter Gene Expression, Molecular Imaging II, Handbook of Experimental Pharmacology,P 281
核素报告基因显像
酶底物系统
HSV1-tk/FIAU(FHBG) reporter gene/reporter probe system
分子探针
配 体
标 记 物
分子影像各种技术方法的进展
物理：光、声、电、磁、核 化学：合成、标记、分子作用 信息工程：设备、图像处理、信息网络 生物医学：基因、蛋白质、细胞、组织、器官、个体
光成像
超声成像
CT
基础研究
MRI
相关主题
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生理 生化改变
受体变化
?
功能代谢异常
CT，MR
PET/CT MR
解剖结构异常 临床症状体征
molecular nuclear medicine
• 核医学和分子生物学技术进一步发展和相互融 合而形成的新的核医学分支。
• 应用核医学的示踪技术从分子水平认识疾病， 阐明病变组织受体密度与功能的变化、基因的 异常表达、生化代谢变化及细胞信息传导等。
• Antisense probe—carcinoma gene
(Complementary nucleotide核苷酸碱基互补)
• Enzyme—substrate
分子识别是分子核医学重要理论依据
分子核医学的重要研究领域
• 分子核医学研究的内容十分广泛，但最 重要的研究领域有两个方面： 一是受体研究，二是基因研究
放射性核素示踪技术
＋ 生物技术
受体与配体 免疫学技术 基因技术 细胞功能与代谢
受体显像 受体放射分析
放射免疫显像 反义显像 基因显像
代谢显像 凋亡显像
受体功能 异常抗 基因异 显示报 代谢增高 细胞活性 分布密度 原表达 常表达 告基因 与减低 与凋亡
分子核医学起源
• 1995年Reba在美国核医学杂志“分子核医学” 增刊序言中写道：“分子生物学的进展从现在 起将生动地影响今后的医学实践”。
Micro-MRI
Gene expression
Micro-PET
Molecule-anatomy fusion imaging
Optical imaging
PET-CT
医学影像发展
Biology
分子影像为观察机体某一特定病变部 位的生化过程变化提供了一个窗口
Disease
基因表达 受体变化
P53 gene
• 为临床诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平 信息。
Molecular Nuclear Medicine is the further development of nuclear medicine and molecular biology technology integration and the formation of the new branch.
代谢显像(metabolism imaging)
• 代谢显像是分子核医学最 为成熟的技术，并已广泛 应用agner教授将FDG命名为
molecule of the century • DNA取名为“千年分子”。
18F-FDG代谢显像临床应用
受体显像（receptor imaging）
• 受体显像是利用放射性核素标记的某些配 体能与靶组织中某些高亲和力的受体产生 特异性结合，通过显像仪器显示其功能与 分布的技术。
• 是目前显示活体受体功能与分布的惟一方 法。
受体研究特点
• 受体显像为在生理情况下，研究人体受体 的分布（定位）、数量（密度）和功能 （亲和力）提供了唯一的、无创伤性手段。
• 神经受体显像已成为某些神经精神疾病 （如Parkinson病）诊断和研究的重要手段。
正常多巴胺转运体显像
PD的多巴胺D2受体显像
Estrogen receptor imaging of breast Cancer
乳腺癌雌激素受体显像
Carcinoid 18F-DOPA
反义与基因显像
antisense & gene imaging
• 在分子核医学有关的技术中，尽管不同 的技术和研究手段，其依据的方法学原 理各不相同，但是其共同的理论基础就 是“分子识别,molecular Recognise ”。
分子识别
• Antigen—antibody
molecular recognise
• Ligand—receptor
• Polypeptide—target cell
molecular Imaging
第7章 分子影像概论
Anatomy
X-ray
Density
Contrast kinetics
CT Angiography
Function
Gamma Gamera
Perfusion
Echocardiography SPECT
Metablism
MRI
PET
Receptor function MRI spectroscopy
Phenotype
Genotype
Labeled ligand
Protein metabolism
Ab
18F-FDG
receptor
Glucose metabolism
Glut
ASON
Amino acid metabolism
HSV1-tk probe
gene
Annexin V
细胞分子靶与探针
Cellular molecule target and probe
• 核医学的特点是以示踪原理为基础的，而示踪 本来就是“分子的”。
• 某些方面已经进入临床应用阶段，但是作为分 子核医学这门分支学科还处于发展的初始阶段， 还有待进一步完善，许多重要的技术和方法要 应用于临床还有很长的路要走，还需要多学科 的共同协作和相互融合。
核医学分子影像的理论基础
• 分子识别是这一新兴领域发展的重要理 论基础。
Tumor
神经与精神
心肌活性
Early diagnosis, staging, recurrence and metastasis, efficacy
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， 是判断心肌细胞活性 的“金标准”
• 应用放射性核素标记人工合成的反义寡核苷酸 • 引入体内后与相应的靶基因结合 • 应用显像仪器观察其与病变组织中过度表达的
目标DNA或mRNA发生特异性结合过程 • 显示特异性癌基因过度表达的癌组织，从而达
• 在临床上以代谢、功能以及解剖学结构 异常为表现的各种疾病其实都是在受体 或基因水平变化（或生化变化）基础上 的具体表现。
• 病人的基因型总是可以由生化过程来表 达的，分子核医学利用放射性示踪药物 不仅可以观察到体内生化过程的变化 （Wagner教授称之为“化学型” ），
• 且将这种以某种生化过程的变化为表型 的疾病与其相关的基因型联系起来，从 而使人们对于疾病的认识以及诊断和治 疗提高到一个崭新的水平。