1、第三、四章第三、四章 分子成像技术和应用分子成像技术和应用 上海交通大学医学院生物信息学中心龚著琳第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制一、疾病的分子机制二、分子成像及其要素三、成像模式四、报告系统五、分子成像的应用一、疾病的分子机制一、疾病的分子机制n分子异常分子异常n基因基因n蛋白质蛋白质n细胞细胞第三、四章 分子成像技术和应用v例：基因变化先于组织学变化例：基因变化先于组织学变化n乳腺癌易感基因BRCA，BRCA水平异常检测早于钼靶X线影像症状的出现n亨廷顿氏舞蹈症（Huntingtons Disease，HD）：MRI影像学症状迟于IT15基因（CAG）n拷贝数异常第三、四章
2、 分子成像技术和应用第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制二、分子成像及其要素二、分子成像及其要素1.定义定义2.要素要素三、成像模式四、报告系统五、分子成像的应用二、分子成像及其要素二、分子成像及其要素1.定义定义 the in vivo characterization and measurement of biologic processes at the cellular and molecular level.nR.Weissleder,U.Mamood.Molecular Imaging.Radiology,May 2001,219(2):316-333第三、四章 分子成
3、像技术和应用n分子成像特点n分子水平的生物过程n可视性n活体（in vivo）成像n特异性n定量分析二、分子成像及其要素2.要素要素n成像模式的要求n灵敏度n成像信号的衰减n空间分辨率n时间分辨率二、分子成像及其要素二、分子成像及其要素v 报告系统的要求n探针：针对靶n对比度增强：针对成像n高灵敏度n高特异性n生物利用度/有效性n生物相容性二、分子成像及其要素二、分子成像及其要素第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制二、分子成像及其要素三、成像模式三、成像模式n灵敏度n成像信号的衰减n空间分辨率n时间分辨率四、报告系统五、分子成像的应用三、成像模式三、成像模式1.X-CT的性能及适用
4、性的性能及适用性2.MRI的性能及适用性的性能及适用性3.PET/SPECT的性能及适用性的性能及适用性4.生物光学的性能及适用性生物光学的性能及适用性5.US的性能及适用性的性能及适用性第三、四章 分子成像技术和应用三、成像模式三、成像模式1.X-CT的性能及适用性的性能及适用性n性能：n空间分辨率：高，达10mn灵敏度：低（10-3M）n适用性：可提供解剖参考+PET 三、成像模式三、成像模式2.MRI的性能及适用性的性能及适用性n性能：n空间分辨率：较高（低于X-CT）n灵敏度：不高（高于X-CT）n适用性：动物实验的分子成像三、成像模式三、成像模式3.PET/SPECT的性能及适用性的
5、性能及适用性n性能：n空间分辨率：很低，约为35mm（临床用）和11.5mm（动物实验）；n灵敏度：高n适用性：动物实验和临床三、成像模式三、成像模式4.生物光学的性能及适用性生物光学的性能及适用性n性能：n灵敏度：高达10-910-11Mn空间分辨率：一般不高，达1.5mm左右；n适用性：动物的分子成像三、成像模式三、成像模式5.US的性能及适用性的性能及适用性n性能：n空间分辨率：对小鼠成像可达100300m；n灵敏度：常用微泡（microbubble）n适用性：微泡直径达几个毫米，不太适用于分子成像三、成像模式三、成像模式第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制二、分子成像及其要
6、素三、成像模式四、报告系统n高灵敏度n高特异性n生物利用度/有效性n生物相容性五、分子成像的应用四、报告系统四、报告系统1.X-CT的报告系统的报告系统2.MRI的报告系统的报告系统3.PET/SPECT的报告系统的报告系统4.生物光学的报告系统生物光学的报告系统5.US的报告系统的报告系统第三、四章 分子成像技术和应用1.X-CT的报告系统的报告系统n钡和碘n钡：胃肠道检查n碘：分子成像n局限性n灵敏度低n潜在毒性n背景信号四、报告系统2.MRI的报告系统的报告系统nMn（）、Fe（）和Gd（）等n顺磁性或超顺磁性纳米颗粒：尺度影响弛豫参数n生物相容性n特异性四、报告系统3.PET/SPEC
7、T的报告系统的报告系统n核素半衰期（half-life）合适nSPECT：常用99mTcnPET：n11C：神经系统探针，用于药物研究n18F：组织功能及代谢等研究四、报告系统4.生物光学的报告系统生物光学的报告系统n荧光蛋白（fluorescent proteins）n绿色荧光蛋白（GFP）n红色荧光蛋白（dRFP）n荧光染料（fluorescent dyes）n量子点（quantum dots）n荧光素酶（luciferase）四、报告系统5.US的报告系统的报告系统n对比度增强：声阻抗的改变或差异n报告系统：充气微泡的表面涂覆适当的材料四、报告系统第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的
8、分子机制二、分子成像及其要素三、成像模式四、报告系统五、分子成像的应用五、分子成像的应用五、分子成像的应用五、分子成像的应用 1.核素成像核素成像2.MRI成像成像3.荧光成像荧光成像1.核素成像：在药物生物分布及药代动力学研究中核素成像：在药物生物分布及药代动力学研究中的应用的应用n背景n传统方法n分子成像方法n应用实例五、分子成像的应用n背景n分析药效和筛选新药n了解药物在生物体内分布n了解药物和受体之间的相互作用 五、分子成像的应用-药物研究n传统方法一：房室模型（compartment model）分析法n房室：同质的生理空间n药物传递取决于微分方程，故可估算浓度n局限性：非实测值，估
9、计误差较大n传统方法二：放射自显影（autoradiography）检测法n方法：n特点：定量，三维空间定位信息n局限性：非实时，效率低，无法在人体中检测五、分子成像的应用-药物研究n分子成像方法n报告系统和药物结合应不影响药效和药代动力学性质n报告系统：放射性同位素n成像模式：SPECT/PETn标记药物剂量远小于有疗效的药物剂量n应用实例n抗真菌药物在人体内各种组织内的分布n药物和受体相互作用及其对药效影响的分析五、分子成像的应用-药物研究2.MRI成像在肿瘤检测、诊断和治疗中的应用成像在肿瘤检测、诊断和治疗中的应用n背景n传统方法n分子成像方法n应用实例五、分子成像的应用n背景n肿瘤内血
10、管生成n某些特征性物质水平上调n整合素和肿瘤及其新生血管的关系n传统方法：肿瘤微血管密度（micro-vessel density，MVD）计数分析法nMVD是金标准n方法：n局限性：五、分子成像的应用-肿瘤检测n分子成像方法n报告系统nMRI成像n应用实例：检测实验兔模型中的乳头状瘤病毒诱发的鳞癌Vx-2 五、分子成像的应用-肿瘤检测3.荧光成像在细胞示踪（荧光成像在细胞示踪（cell tracking）及监测）及监测细胞迁移（细胞迁移（cell migration）中的应用）中的应用 n背景n传统方法n分子成像方法n应用实例五、分子成像的应用n背景n肿瘤细胞，增殖，转移。n监测细胞迁移：研究肿瘤细胞的转移机制，评价疗效n传统方法：诊断成像方法nX-CT或MRI等n局限性：难以检测到早期变化五、分子成像的应用-细胞迁移n分子成像方法n将GFP基因在体外转染，形成报告基因n将标记了报告基因的肿瘤细胞植入实验动物的体内n荧光成像n只适用于小动物实验n应用实例：研究实验人肺癌细胞在动物体内的转移五、分子成像的应用-细胞迁移
