分子醫(yī)學(xué)影像研究進(jìn)展（上）

李素瑩，孟祥溪，周坤，謝肇恒，丁翼晨，楊昆，任秋實(shí)

北京大學(xué)工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京 100871

分子醫(yī)學(xué)影像研究進(jìn)展（上）

李素瑩，孟祥溪，周坤，謝肇恒，丁翼晨，楊昆，任秋實(shí)

北京大學(xué)工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京 100871

編者按：作為當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域先進(jìn)的成像技術(shù)，分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)能夠在活體狀態(tài)下對(duì)生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究，在分子水平上對(duì)生物體生理、病理的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、在體、無(wú)創(chuàng)成像。近10余年，分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)快速發(fā)展，同時(shí)在臨床的應(yīng)用也日益廣泛。在這一期的系列文章中，我們主要對(duì)分子醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的設(shè)備研發(fā)技術(shù)進(jìn)行了綜述和分析，介紹了用于小動(dòng)物成像研究的四模態(tài)分子影像系統(tǒng)和光聲層析成像技術(shù)。同時(shí)我們也介紹了一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PET/CT設(shè)備，對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試和臨床研究。

欄目主編：任秋實(shí)（北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系）

任秋實(shí)教授于1984年獲得華中科技大學(xué)光學(xué)工程系學(xué)士，分別于1987及1990年獲得美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)電子工程碩士及博士學(xué)位。曾任美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校副教授，美國(guó)弗羅里達(dá)州邁阿密大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系助理教授。2006年獲得國(guó)家杰出青年基金，2007年被評(píng)為長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授。2009年至今，他擔(dān)任北京大學(xué)工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系系主任。任秋實(shí)教授的主要研究方向包括分子醫(yī)學(xué)影像、多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)、智能化醫(yī)療器械與裝備的研究與開(kāi)發(fā)，主持國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)首席科學(xué)家。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇；獲得美國(guó)專利3項(xiàng)和20余項(xiàng)授權(quán)的中國(guó)專利；獲4 次教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)和1 次中國(guó)高?？萍汲晒泉?jiǎng)。2004年，任秋實(shí)教授的科研團(tuán)隊(duì)獲得分子醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域自然基金委審批的國(guó)內(nèi)唯一創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)。

分子醫(yī)學(xué)影像；成像設(shè)備；多模態(tài)成像；CT；磁共振；核醫(yī)學(xué)；超聲成像；光學(xué)分子影像技術(shù)

1 研究背景

分子影像學(xué)(Molecular Imaging, MI)的概念是美國(guó)哈佛大學(xué)Weissleder[1]于1999年首次提出，即應(yīng)用影像學(xué)的方法對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究。分子影像學(xué)利用影像探針，對(duì)分子生物學(xué)和生物化學(xué)層面的信息進(jìn)行在體成像和綜合分析。從臨床角度看，分子影像學(xué)的內(nèi)涵是借助現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)，從分子水平研究和觀察疾病的發(fā)生、發(fā)展中病理生理變化和代謝功能改變。它使得傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)診斷方式發(fā)生了革命性變化，已成為預(yù)警、早期診治疾病最具有應(yīng)用前景的醫(yī)療新技術(shù)、新方法和新手段。

分子醫(yī)學(xué)影像涉及多方面技術(shù)，本文主要對(duì)分子醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、分子探針以及靶點(diǎn)篩選技術(shù)的研究概況進(jìn)行綜述概要，并對(duì)其臨床和研究中的應(yīng)用做初步的分析與探討。

2 分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的研究進(jìn)展

在過(guò)去的幾十年里，分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。針對(duì)不同研究目的，也有多種新興的成像模態(tài)應(yīng)運(yùn)而生。這些模態(tài)主要包括：計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)、磁共振成像技術(shù)、核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及光學(xué)成像技術(shù)。下面，將對(duì)這幾種主要的成像技術(shù)發(fā)展及其臨床應(yīng)用進(jìn)行綜述和探討。

2.1 計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)

計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（CT）依賴于不同組織器官對(duì)X射線的衰減系數(shù)不同而成像。世界上首臺(tái)臨床應(yīng)用的CT設(shè)備于1971年9月安裝在Atkinson-Morley醫(yī)學(xué)院[2]，此后的數(shù)十年間，計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)經(jīng)歷了五代改進(jìn)發(fā)展，不斷縮短掃描時(shí)間和提高性能。1987年，西門(mén)子推出了第一臺(tái)螺旋CT，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)掃描，把CT技術(shù)推上了一個(gè)新的水平，目前已成為CT的主流技術(shù)。在20世紀(jì)90年代末，多排CT（MDCT）問(wèn)世[3]，較高的時(shí)間分辨率和軸向分辨率使其在心臟成像中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。但其高輻射劑量仍是限制它應(yīng)用的一個(gè)主要因素，相關(guān)技術(shù)有待改進(jìn)。在多排CT設(shè)備基礎(chǔ)上，CT技術(shù)上又有一新突破，即雙能CT，通過(guò)兩種不同能量的X射線穿透物體成像，根據(jù)不同物質(zhì)能量吸收曲線的差異，準(zhǔn)確地推算出該物體的成分構(gòu)成[4]。它能夠根據(jù)物質(zhì)成分的不同，有區(qū)分性進(jìn)行組織成像，而不再是僅依賴于衰減系數(shù)。目前雙能CT主要用于腎臟病變?cè)\斷[5]、尿路結(jié)石與鈣化的區(qū)分[6]和骨密度成像[7]。

CT成像具有分辨率高（臨床CT：0.5～1.0 mm，小動(dòng)物CT：0.05～0.2 mm）、成像速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在人體成像與小動(dòng)物成像中均得到了廣泛應(yīng)用。然而，CT成像過(guò)程中的高輻射劑量，是限制它在臨床應(yīng)用中的一個(gè)主要因素。此外，它對(duì)軟組織成像的分辨率較MRI相比仍有較大差距，且需要借助碘造影劑，因此對(duì)腎臟功能有毒性作用，不能適用于所有患者[8]。

2.2 磁共振成像技術(shù)

磁共振成像技術(shù)（MRI）利用生物體內(nèi)原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振產(chǎn)生的電磁信號(hào)，對(duì)生物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和軟組織形態(tài)進(jìn)行重建。通過(guò)應(yīng)用不同的脈沖序列，可提供軟組織的多種圖像信息，例如動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像技術(shù)（DCE-MRI）、彌散加權(quán)磁共振成像技術(shù)（DW-MRI）、血氧依賴水平磁共振成像技術(shù)（BOLD-MRI）等。除了能夠?qū)M織結(jié)構(gòu)成像，在磁共振成像設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的核磁共振波譜技術(shù)（MRS），可以測(cè)定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和成分，在臨床中能夠物質(zhì)的獲得人體多種生化物質(zhì)的核磁共振波譜信息，測(cè)定其成分及含量變化，例如，膽堿、乳酸鹽、磷脂等。臨床主要用于研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[9]、腫瘤[10]及骨骼肌肉失調(diào)[11]等。

磁共振成像技術(shù)的空間分辨率較高，臨床磁共振成像可達(dá)到1 mm分辨率。與CT成像相比，磁共振圖像無(wú)需增強(qiáng)造影劑，即可對(duì)軟組織成像有較好的對(duì)比度；相比CT 和2.3章節(jié)中的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，磁共振成像是一種無(wú)損傷性檢查，使患者免于電離輻射和同位素輻射的危害；相比光學(xué)成像技術(shù)，磁共振成像技術(shù)不受成像深度限制[12]。但是磁共振成像技術(shù)的靈敏度較低，需要大量成像介質(zhì)和較長(zhǎng)的掃描時(shí)間；其時(shí)間分辨率較低，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成像。

2.3 核醫(yī)學(xué)分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)

核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)主要包括正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)（SPECT），可以提供實(shí)現(xiàn)全身三維成像，觀測(cè)分子水平的生理代謝變化。

2.3.1 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（PET），將正電子放射性核素標(biāo)記的示蹤劑注入體內(nèi)或器官，核素發(fā)生衰變和湮滅，對(duì)符合事件記錄，從而進(jìn)行代謝成像。目前對(duì)PET的研究主要集中在發(fā)展新的探測(cè)器技術(shù)，以獲得較高的空間分辨率。近年來(lái)，隨著新型閃爍晶體和光電器件的使用[13-14]，飛行時(shí)間技術(shù)（TOF）成功應(yīng)用于PET系統(tǒng)，提供更多的準(zhǔn)確信息，減少了重建圖像噪聲[15]；同時(shí)，電子學(xué)技術(shù)的精進(jìn)，能夠獲取多晶體探測(cè)器中深度作用信息（DOI），提高了對(duì)核素作用定位的精確性[16]。

PET通過(guò)響應(yīng)線（LOR）進(jìn)行電子準(zhǔn)直，具有較高的空間分辨率：臨床PET的空間分辨率為4～6 mm，用于腦部成像的PET分辨率約為2.5 mm；預(yù)臨床研究的小動(dòng)物PET空間分辨率可達(dá)到1～2 mm[17]。臨床PET主要通過(guò)18F標(biāo)記的FDG進(jìn)行腫瘤檢測(cè)、分期和預(yù)后。

2.3.2 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)

單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（SPECT）檢測(cè)放射性核素在人體或器官中的分布并對(duì)其進(jìn)行成像。SPECT是由伽馬相機(jī)發(fā)展而來(lái)，用99Tcm、123I等同位素藥物進(jìn)行平面成像、斷層成像或全身成像。

為了突破像素尺寸對(duì)空間分辨率的影響，1999年Weber設(shè)計(jì)的針孔準(zhǔn)直器用于小動(dòng)物SPECT設(shè)備[18]。但是單針孔準(zhǔn)直器的靈敏度比較有限，在此基礎(chǔ)上Ochoa、Meikle[19-20]等人設(shè)計(jì)了多針孔方案和針孔編碼算法，在提高分辨率的同時(shí)保證較高的靈敏度。近十年來(lái)，晶體制造和半導(dǎo)體工藝的成熟，使得像素化的晶體在SPECT中廣泛應(yīng)用，許多課題組在研制基于新型晶體的探測(cè)器設(shè)備，例如可以直接探測(cè)射線、無(wú)需光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的碲鋅鎘（CZT）探測(cè)器[21]，利用康普頓效應(yīng)直接記錄γ射線的多晶體探測(cè)器[22]等。

在臨床診斷中，SPECT因其價(jià)格低廉、設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、特異性高，且適用于多種核素標(biāo)記探針，在全身骨掃描、腦灌注成像和心肌灌注成像等檢查中得到廣泛應(yīng)用。

2.4 超聲成像

超聲成像設(shè)備發(fā)射高頻聲波，通過(guò)采集生物組織反射回來(lái)的超聲波，并結(jié)合重建算法，來(lái)進(jìn)行成像。超聲技術(shù)既可以作為診斷設(shè)備用于成像，也可以用作治療工具。提高發(fā)射的聲波頻率越高，可以提升分辨率，但是其成像深度隨之降低，超聲成像主要適用于軟組織成像，反應(yīng)不同組織的機(jī)械性質(zhì)差異，圖像的對(duì)比度比較低，并受到超聲散斑的影響。但在臨床，超聲成像仍是普遍使用的檢查手段，其優(yōu)勢(shì)在于時(shí)間分辨率高，能夠?qū)崟r(shí)成像，提供定量信息，借助微泡造影劑具有較好的靈敏度，無(wú)放射性危害。目前用于超聲成像的微泡主要有兩類：氣體微泡和磷脂微泡[23]，用以對(duì)微脈管系統(tǒng)顯像。在預(yù)臨床研究中，靶向微泡研究主要集中在炎癥[24]和血管生成[25]。Willmann課題組[26]使用雙靶向微泡造影劑，靶向血管生成過(guò)程中的兩種不同抗體標(biāo)記，在卵巢腫瘤研究中取得較好結(jié)果，明顯優(yōu)于單靶向成像結(jié)果。隨著分子合成技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)在微泡造影劑表面附著上特定的抗體、多肽或者其他靶向分子，使用超聲成像技術(shù)即可以對(duì)特定的生理過(guò)程進(jìn)行成像，達(dá)到分子醫(yī)學(xué)成像的效果。

2.5 光學(xué)分子影像技術(shù)

光學(xué)分子醫(yī)學(xué)影像主要包括熒光成像、切倫科夫成像等。光學(xué)成像設(shè)備對(duì)光學(xué)分子探針發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到光學(xué)分子探針的位置與濃度信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)分子探針相關(guān)的生理過(guò)程成像[27-28]。

2.5.1 熒光分子成像

熒光分子成像利用熒光探針對(duì)體內(nèi)標(biāo)定的蛋白進(jìn)行成像，基于發(fā)光方式可分為自發(fā)熒光[29]和激發(fā)熒光[30]。20世紀(jì)90年代起，隨著熒光蛋白在基因表達(dá)中的成功表達(dá)與復(fù)制，使得熒光成像在分子醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中開(kāi)始了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，主要應(yīng)用包括基因在細(xì)胞中的表達(dá)[31]、標(biāo)記蛋白的表達(dá)與作用過(guò)程[32]、監(jiān)測(cè)腫瘤發(fā)展與轉(zhuǎn)移[33]。

隨著研究的發(fā)展，二維熒光分子成像已經(jīng)不能滿足對(duì)深層組織分子影像的要求。20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)的熒光分子層析成像（FMT），是一種對(duì)生物組織光學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行成像的近紅外光學(xué)散射斷層成像技術(shù)。2002年哈佛醫(yī)學(xué)院/麻省總醫(yī)院首次利用激發(fā)熒光層析成像對(duì)裸鼠腦部神經(jīng)膠質(zhì)瘤進(jìn)行了在體觀測(cè)[34]，顯示了利用熒光成像進(jìn)行分子影像研究的諸多優(yōu)點(diǎn)，從此熒光層析成像成為分子影像中的一個(gè)重要手段。

熒光成像技術(shù)雖然具有靈敏度較高、成本低、無(wú)電離輻射、能進(jìn)行長(zhǎng)期定量監(jiān)測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于成像深度受限，熒光蛋白毒性仍有待研究，目前在臨床應(yīng)用中并不廣泛，主要用于動(dòng)物模型研究。近幾年，隨著成像設(shè)備技術(shù)的改進(jìn)，熒光成像在逐步向臨床轉(zhuǎn)化，例如將雙軸內(nèi)窺鏡[35]和手持式光學(xué)成像儀[36]與熒光顯像劑的結(jié)合，可以用來(lái)疾病篩查和早期診斷。

2.5.2 契倫科夫熒光斷層成像

契倫科夫熒光斷層成像（CLT）是基于契倫科夫效應(yīng)的分子影像技術(shù)，繼承了分子核醫(yī)學(xué)的高靈敏和光學(xué)分子影像的低成本特征，使用同一探針同時(shí)進(jìn)行功能與結(jié)構(gòu)信息成像[37]，具備臨床應(yīng)用價(jià)值。CLT的基本流程是光學(xué)分子影像設(shè)備多角度采集醫(yī)學(xué)同位素誘發(fā)的契倫科夫光子，基于解剖結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行三維圖像的重建。雖然契倫科夫效應(yīng)早在20世紀(jì)初就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)[38]，直到2009年Robertson課題組通過(guò)18F-FDG對(duì)小鼠進(jìn)行契倫科夫熒光斷層成像，通過(guò)與PET結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了契倫科夫成像。同時(shí)一系列放射性同位素在CLT的應(yīng)用仍在研究中[39]。

2.6 光聲層析成像

光聲層析成像（PAT）是一種新興的生物醫(yī)學(xué)成像模態(tài)，結(jié)合了傳統(tǒng)光學(xué)的高對(duì)比以及超聲成像深層高分辨率，探測(cè)組織吸收激發(fā)電磁波后熱膨脹所產(chǎn)生的超聲信號(hào)。PAT有主要兩個(gè)子模態(tài)：光聲顯微成像（PAM）和光聲計(jì)算機(jī)層析成像（PACT）。在 PAT 成像中，生物組織吸收光子后能夠?qū)ν獍l(fā)射超聲波，而生物軟組織對(duì)超聲波的散射要遠(yuǎn)小于對(duì)光的散射，因此PAT 能夠突破光散射對(duì)高分辨率光學(xué)成像的壁壘[40]。用于光聲成像的對(duì)比造影劑類型廣泛[41]，實(shí)現(xiàn)了多尺度高分辨率的生物結(jié)構(gòu)成像；成像深度相比光學(xué)成像有明顯的優(yōu)勢(shì)，有較高的信噪比；同時(shí)PAT具備光譜成像能力，對(duì)組織光吸收具有很高的靈敏度。作為一種新興的小動(dòng)物層析成像模態(tài)，PAT 很好地完成了小鼠、斑馬魚(yú)等小動(dòng)物的層析成像。但是相比CT、核醫(yī)學(xué)等典型成像技術(shù)，PAT的成像深度仍比較有限，目前還未能廣泛用于人體成像。Wang等課題組最近研究發(fā)現(xiàn)PAT可以測(cè)定活體組織局部環(huán)境參數(shù)，包括pH值[42]、含氧量[43]等，未來(lái)可以向臨床應(yīng)用的血氧監(jiān)測(cè)、血流多普勒測(cè)量和多尺度活體成像等方面進(jìn)行轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。

3 多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)成像

為了能夠得到包括解剖結(jié)構(gòu)、生理過(guò)程、遺傳信息等在內(nèi)的綜合圖像信息，同時(shí)提高疾病診斷的準(zhǔn)確性和精確性，多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多模態(tài)分子影像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同影像設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使獲取的影像結(jié)果更精確、更可靠。臨床實(shí)踐已證明，多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在重大疾病的早診早治、治療方案的制定、治療效果的驗(yàn)證與評(píng)估中發(fā)揮著重要作用[44]。因此，研發(fā)多模態(tài)分子影像設(shè)備逐漸成為業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，主要是將較為成熟的成像模態(tài)如CT、PET、SPECT、光學(xué)分子影像、MRI進(jìn)行結(jié)合，研制開(kāi)發(fā)信息更全面的多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備。以下對(duì)典型的多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

3.1 核醫(yī)學(xué)與解剖成像融合系統(tǒng)

1992年，Beyer T等人首次實(shí)現(xiàn)了PET/CT兩模態(tài)融合[45]，在短短三年內(nèi)完成了從研究設(shè)想到臨床應(yīng)用的過(guò)程，于2001年正式推出成熟的臨床PET/CT產(chǎn)品[46]。截至2008年，全球臨床PET/CT設(shè)備已多達(dá)3000臺(tái)，主要用于重大疾病的分期診斷和預(yù)后評(píng)估，成為臨床廣泛認(rèn)可的多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像[47]。在此期間，SPECT與CT的同機(jī)融合技術(shù)也日趨成熟。2005年6月Gamma Medica在加拿大多倫多召開(kāi)的核醫(yī)學(xué)年會(huì)上推出了世界首臺(tái)專門(mén)用于小動(dòng)物成像的Triumph Micro PET/SPECT/CT三模態(tài)成像設(shè)備，提供了一個(gè)靈活性高、可擴(kuò)充性、可組合性的三模態(tài)分子影像平臺(tái)。幾乎同時(shí)期，Christensen等人提出將PET 與MR融合成像，但由于PET探測(cè)器對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)極敏感，其發(fā)展遠(yuǎn)慢于PET/CT和SPECT/CT，直到2006年，第一幅人腦PET/MRI圖像誕生[48]，PET/MRI開(kāi)始成為臨床多模態(tài)分子成像領(lǐng)域的焦點(diǎn)。

3.2 光學(xué)與解剖成像融合系統(tǒng)

2008年，Davis 等人通過(guò)光纖將FMT系統(tǒng)耦合到一臺(tái)飛利浦MRI設(shè)備，能夠同時(shí)獲取FMT和MR采集的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了MRI提供的先驗(yàn)結(jié)構(gòu)信息可以提高FMT的重建質(zhì)量[49]。2010年，Shulz和X.L.Guo分別成功將FMT與CT融合為一體，實(shí)現(xiàn)了FMT/CT雙模態(tài)集成成像。近年，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所田捷教授課題組研發(fā)的小動(dòng)物光學(xué)多模融合分子醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，將BLT/CLT/CT/FMT/PET五種模態(tài)進(jìn)行集成[50]，實(shí)現(xiàn)了反映細(xì)胞分子水平生理病理變化的熒光光源的精確快速在體重建，構(gòu)建多源影像信息融合與計(jì)算平臺(tái)，以乳腺癌為病理模型進(jìn)行疾病早期診斷的研究和抗腫瘤藥物療效評(píng)估。

3.3 核醫(yī)學(xué)、光學(xué)成像融合系統(tǒng)

2013年，北京大學(xué)任秋實(shí)教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)研制出一套包括X-ray CT、PET、SPECT、FMT四個(gè)模態(tài)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多模態(tài)分子醫(yī)學(xué)影像原理驗(yàn)證樣機(jī)[51]，其中的PET、SPECT核素成像能夠反映同位素標(biāo)記的化合物在病變組織內(nèi)的代謝過(guò)程，獲得血流量、能量代謝、蛋白質(zhì)合成、脂肪酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成速度、受體密度及其與配體結(jié)合的選擇性和動(dòng)力學(xué)等生理生化定量信息；熒光成像具有較高的特異性，能夠區(qū)分代謝高表達(dá)的腫瘤與炎癥組織，彌補(bǔ)核素成像的不足。四模態(tài)小動(dòng)物分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展將為解決重大疾病的新藥研制及生物醫(yī)學(xué)研究提供新方法、新工具和新思路。

多模態(tài)分子成像技術(shù)為臨床研究者提供了豐富的信息，可以從多角度、多維度的觀測(cè)生理過(guò)程，為臨床診斷提供了更全面的影像信息。雖然多模態(tài)的分子影像系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛研究和報(bào)道，但大多數(shù)仍是原理樣機(jī)，相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)業(yè)化還有待進(jìn)一步完善，以提高在臨床應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。

致謝

該項(xiàng)目由國(guó)家重大科學(xué)儀器專項(xiàng)（2011YQ030114）,國(guó)家基礎(chǔ)研究計(jì)劃973項(xiàng)目（2011CB707500）, 國(guó)家自然科學(xué)基金 （11104058）, 和河北省自然科學(xué)基金（A2011201155）支持。

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Overview of Advances in Molecular Imaging (Part1)

LI Su-ying, MENG Xiang-xi, ZHOU Kun, XIE Zhao-heng, DING Yi-chen, YANG Kun, REN Qiu-shi
Department of Biomedical Engineering, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China

分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)應(yīng)用影像學(xué)的方法對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定 性與定量研究，極大地改變著我們對(duì)于生理作用機(jī)制、藥物研發(fā)、疾病診斷與評(píng)估方面的認(rèn)識(shí)角度和研究方法。本文綜述了其核心技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用分析，指出分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程研究和臨床診斷中的重要性。

Objective The molecular imaging (MI) technique employed imaging methodologies to make qualitative and quantitative studies on the biological processes of living organisms at the cellular and molecular level. It had revolutionized the way we studied on the biological mechanism, drug R&D (Research and development) as well as diagnosis and evaluation of diseases. This paper reviewed the advances in studies on the core technique of MI and its applications, pointing out the importance of MI techniques in biomedical studies and clinical diagnosis.

molecular imaging; imaging instrumentation; multi-modality imaging; CT; MRI; ultrasound imaging; optical molecular imaging technique

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.02.001

1674-1633(2015)02-0001-06

2014-10-05

國(guó)家重大科學(xué)儀器專項(xiàng)(2011YQ030114)，國(guó)家基礎(chǔ)研究計(jì)劃973項(xiàng)目(2011CB707500)，國(guó)家自然科學(xué)基金 (11104058)，河北省自然科學(xué)基金 (A2011201155)支持。

任秋實(shí)，教授。

通訊作者郵箱：renqsh@coe．pku．edu．cn