浅谈分子影像学技术

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。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。不同影像设备的图像融合应用于基因表达显像有望改进其能力，PET和MRI的融合图像已有报道，其费用更大的PET和CT图像融合也已经实现，其融合的目的在于：改进图像质量；通过PET获得的生物学信息与CT获得的解剖信息结合更好地确定患病组织周围的水肿、坏死及手术结果的评价；CT可以获得诊断信息，指导手术与放疗计划的制定，进行CT引导下的取材活检。

PET/CT的全称叫正电子发射计算机断层显像/X线计算机体层成像。其工作原理是把PET和CT放在一起，通过PET扫描和CT扫描重边，联合扫描，使两者的硬件和软件有机地结合在一起。工作时，其CT 球管发射X线，穿透人体组织，其探测器获得的数据不仅用于重建CT 图像，同时提供给PET作为衰减校正的参数，在此基础上再进行PET图像的重建。所显示的图像为两者图像的融合的结果，即细胞的代谢显像和所处的解剖位置。它通过正电子示踪的方法，应用计算机断层显像技术显示人体的全身主要器官以及大脑、心脏的生理代谢功能，采用多排螺旋CT为病灶精确定位，使这台仪器同时具有PET和CT的优点，是目前影像诊断技术中最为理想的结合。

PET/CT可以对恶性肿瘤进行早期诊断，及早发现代谢上的异常，从而应用CT的定位发现甚至是亚临床的恶性肿瘤，PET/CT适用范围广，检查项目多，适用于多种疾病的诊断及疗效监测。（1）肿瘤疾病：适用于人体大多数良恶性肿瘤鉴别诊断、肿瘤的分期分级以及全身情况的评估；各种治疗手段前后疗效评估（包括手术后肿瘤残留情况或复发与疤痕组织的鉴别、放疗和化疗前后肿瘤病灶的变化、放射性肺炎与肿瘤复发的鉴别等）及肿瘤转移灶的全身监测。（2）神经及精神系统：PET/ CT可以完成对癫痫患者的术前定侧定位、Alzheimer’s病诊断、精神病症的评估；吸毒成瘾评估或戒毒疗效判断；脑外伤后脑代谢状况评估；其他脑代谢功能障碍判断，脑缺血性疾病的早期诊断；脑代谢显像、帕金森病的脑受体显像、脑肿瘤的氨基酸代谢、胆碱代谢显像等。（3）心血管系统：PET可以显示心肌的血液和代谢，而16层CT的优势在于无创性的冠状动脉成像，两者的结合可以同时评估冠状动脉和心肌情况，从而可以进行冠心病早期诊断和评估；并对心肌活力进行评估及心脏手术疗效评估，冠心病严重程度判断，扩张性心肌病的预后判断等。（4）健康体检：PET/CT全身检查可以发现大多数的恶性肿瘤是否存在，而且由于PET/CT检查的安全性和方便性，许多发达国家已把它作为肿瘤筛查的一种手段。（5）PET/CT技术可以让放疗医师了解病灶的代谢情况，及时制定新的治疗计划，按肿瘤的生物靶区进行治疗，并且可通过不同的示踪药物显示肿瘤的乏氧状态和细胞增殖状态，对病人适行调强治疗起到首要的指导作用。

分子影像学研究是一门崭新且具有巨大临床应用前景的课题,被美国NIH确认为是应用非侵袭方法在分子基因水平定量研究活体内疾病过程的极其重要领域,引起影像学界的广泛关注与极大兴趣。随着人类基因组计划的完成,分子医学与个体化医疗(Personalized Medicine)正从思辩走向临床。分子影像学不仅是基础研究中具有诸多优势的重要技术手段,而且将成为基础研究成果转化到临床应用的重要桥梁。分子影像学必将成为预防疾病与优化临床决策的又一座灯塔,在个体化医学模式中起主导作用。

不过分子影像学尚处于婴儿期，后面还有很长的路要走，目前的工作仅仅是分子医学的开端，随着疾病发病机理研究的进一步深入，分子医学将有更多研究成果应用于临床疾病的基因诊断和治疗，分子医学与临床跨学科合作将拓宽和加强，通过多学科的互动推动分子影像学的健康发展。

而B超、CT、MRI等传统影像技术,近年来也开始在组织特异性造影剂、血流动力参数图、BOLD(血氧饱和水平依赖性信号)功能像、弥散加权、灌注加权等方面,向功能和分子诊断方向发展。可以说,整个影像学正从单纯的诊断向预测性、特征化和个体化诊断发展。

另外目前我国国内分子影像学方面的研究与国外比较差距较大，因此需要重视这方面人才的培养。对于把握现代医学影像发展趋势与特征，推动我国医学影像学事业发展，人才培养是关键。因此设置合理的医学影像学学科体系，按照学科发展的需要，培养新型医学影像学人才，是当务之急。在各个领域大力宣传分子影像学研究计划，它不仅是优势研究平台，更是由基础研究向临床转化的重要途径。尤其是放射学工作者不熟悉此新兴交叉学科，知识结构需要更新。高等学府教育是培养人才的世袭领地，但目前医学影像学教材几乎没有涵盖分子影像学的内容。编写相配套教材，将分子影像学基本原则、研究方法、发展趋势与进展等列入基本训练内容。在放射工作者中，重视医学影像学发展的“基础动力学科”的教育，如分子生物学、医学工程学、合成化学及信息科学等。关注生命科学进展，积极发挥影像医学在其中的作用。国家级分子影像学学术机构亟须建立。将分子影像学作为继续教育的重要内容之一，开展相关专业的培训与交流。与临床学科的交流合作应该再更加广泛与更深层展开。积极引进相关专业的高素质人才参与分子影像学研究。

参考文献

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［6］文戈.分子影像学研究现状及展望［J］.放射学实践，2006.21(8)：863-864.

浅谈分子影像学技术

上海理工大学医疗器械与食品学院李丹

［摘要］分子影像学是用影像技术记录及测量在活体内进行细胞和分子水平的生物过程。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、试剂在活体中进行分子成像。本文主要

综述了分子影像学成像技术及其几个影像学技术分支和其意义应用等方面，最后对国内分子影像学的研究做出了总结和展望。

［关键词］分子影像学分子显像医学影像学分子生物学

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