分子影像学概论

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21世纪以来
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国内外现状和发展趋势
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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
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分子影像学成像基本原理
• 将制备好的分子探针（Molecular probe） 引入活体组织细胞内，在后体内标记的分 子探针与靶分子相互作用，利用先进的成 像设备检测分子探针发出的信息，经计算 机处理后生成活体组织的分子图像、功能 代谢图像或基因转变图像。
第三节 分子影像学主要内容
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核医学分子成像
1）分子核医学的基本原理 利用放射性同位 素标记在体内所需的某一种代谢产物上制 成探针，然后将这种探针注入人体后观察 一定时间内同位素在体内的代谢、分布、 排泄情况，从而知道人体内某种特定功能。
2）显像设备主要是PET和SPECT。 3）主要显像类型包括代谢显像（常见的有葡
分子影像学概论 Molecular imaging
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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
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分子影像学出现的背景
• 近20年来,基因组学和蛋白质组学的迅猛发展， 提供了人类启动疾病发生、促进疾病发展、疾 病预及评估治疗效果的分子系列变化研究的基 础。
萄糖、脂肪酸、氨基酸胆碱、核酸及乙 酸）、受体显像（神经受体多巴胺、五羟 色胺）、基因显像、a多肽显像、凋亡显像、37
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 – 受体
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分子影像学基本条件
• 分子影像成像三个基本条件 1.合适的分子探针 2.生物信号放大 3.敏感、快速、高分辨的成像技术
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1. 分子探针构建
• 什么是分子探针？ 指能和靶结构特异性结合的物质(如配体或 抗体等)与能产生影像学信号的物质(如放射 性核素、荧光索或顺磁性原子）以特定方 法结合构成一种化合物，这些被标记的化 合物分子能在体内和／或离体发映靶生物 分子量和／或功能。
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• 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
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分子影像学的分类
• 根据探针及成像仪器分为核医学、MRI、荧 光及超声分子成像
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• 一般以为，可通过提高靶结构的浓度或利 用“RecA蛋白 互补单链DNA探针”与固定 的肽核酸 (bis PNA)探针相结合把结果作用后 物理特性改变等方法实现。
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3. 敏感、快速、高分辨的成像技 术
目前有多种敏感、快速、高分辨的成像技术。 其中最常用者核医学（PET和SPECT）、MRI、 超声及光成像等。也有各种技术相结合的 成像技术。如PET/CT、PET/MRI、SPECT/CT 等。
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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。
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医学影像技术发展
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19-20世纪
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20世纪90年代
• 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。
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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。
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分子识别是构建合适的分子探针的基础。
分子识别的过程实际上是分子在特定的条 件下通过分子间作用力的协同作用达到相 互结合的过程。
这其实也揭示了分子识别原理中的三个重 要的组成部分，“特定的条件”即是指分子要 依靠预组织达到互补的状态，“分子间相互 作用力”即是指存在于分子之间非共价相互 作用，而“协同作用”则是强调了分子需要依 靠大环效应或者螯合a效应使得各种相互作 20
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选择分子探针应该遵循以下原则：
• 对靶分子具有高度特异性和亲合力；
• 能反映活体内靶分子含量；
• 具有较强的通透性，能顺利到达靶分子部 位；
• 无毒副作用；
• 在活体内相对稳定；
• 在循环中中既能与靶分子充分结合又有适
当的清除期，以避免“高本底”对显像的
影响。
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2. 生物信号放大
• 由于分子探针的含量（或浓度）非常低 （ng或pg水平），它与靶分子结合后成像 信号非常微弱，因而必须进行成像生物信 号放大。
MRI分子成像
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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。
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“分子探针”分类
• "分子探针"大致可分为4 种：用化学分子合 成法合成的小分子探针、肽类分子探针、 核酸类探针和"智能"分子探针。 根据所有 影像学检查手段的不同，可将之分为核医 学探针、光学探针、MRI探针、光学成像及 超声探针等。根据所用对比剂种类分为靶 向性探针和可激活探针。其中靶向性探针 最为常用。
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基因显像
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MRI分子成像
• MR 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a病理机制,并可提供三 53