【2011】分子影像学相关技术及未来展望

分子影像学相关技术及未来展望 王龙彪，王惜诵，赵素丽，刘媛媛 作者单位：园远猿园园园 河北 唐山，解放军 圆缘缘 医院放射科 （王龙彪、刘媛媛），心内科（王惜诵、赵素丽） 摇 摇 ［关键词］摇 分子影像学；分子探针；图像融合；文献综述 ［中国图书资料分类号］摇 砸鄄园缘；砸猿员圆摇 摇 ［文献标志码］摇 粤摇 摇 ［文章编号］摇 圆园怨缘鄄员源园载（圆园员员）园源鄄园园缘苑鄄园猿 摇 摇 分子影像学作为医学影像学与现代分子生物学 等学科相结合而诞生的新兴学科，可以在真实、完整 的人或动物体内通过图像直接显示细胞或分子水平 的生理和病理过程，代了医学影像学的发展方向。 本文就分子影像学的概念、相关技术及未来发展进行 综述。 员摇 分子影像学概念及研究概况 随着生命科学和病理学的发展，现有影像诊断技 术（悦栽、酝砸陨、月 超等）已不能满足对疾病的高效超前 诊断，在现代分子生物学研究的飞速发展中，尤其是 基因组学、蛋白质组学及其相关技术的进展，迫切需 要某种手段来监测其研究对象在生物活体内的过程。 于是，以细胞、基因或分子及其传递途径为成像对象 的分子影像学应运而生。分子影像学是从生理、生化 水平显像从而达到认识疾病，阐明病变组织生物过程 变化、病变细胞基因表达、代谢活性高低、病变细胞是 否存活以及细胞内生物活动状态等目的，为临床早期 诊断、治疗和疾病研究提供分子水平信息［员鄄圆］。分子 影像学即“皂燥造藻糟怎造葬则 蚤皂葬早蚤灶早”，于 员怨苑苑 年由 月则葬泽糟澡 等［猿］首 次 提 出 并 使 用。员怨怨怨 年 美 国 哈 佛 大 学 宰藻蚤泽泽造藻凿藻则 最早提出了分子影（成）像学的概念，即活 体状态下采用影像学方法在细胞和分子水平对生物 进行定性和定量研究［源］。近十几年，分子影像学得到 突飞猛进的发展，包括哈佛大学、斯坦福大学在内的 国际著名大学先后成立了分子影像学研究中心，并获 取了多项研究成果［缘］。现国外学者已应用分子成像 对疾病组织表现型、酶活性及基因表达等方面进行了 深入研究，相关研究已达到细胞、分子甚至基因水平。 在细胞水平上运用分子成像活体示踪影像学技术标 记的细胞已成功用于检测病变内炎性细胞浸润及细 胞移植治疗中移植干细胞在活体内迁移、分化情 况［远鄄苑］。在我国，圆园园源 年 怨 月哈尔滨医科大学肿瘤医 院率先建起了医学分子影像研究中心，圆园员园 年 怨 月湖 南长沙召开的中华医学会全国第四届分子影像学学 术会议再一次掀起了分子影像学在放射学领域的研 究热潮。 圆摇 分子影像学相关技术 圆郾 员摇 分子影像学探针技术 摇 在分子影像学中，如何 在分子水平成像是一个重要的问题。开发新探针和 新影像技术是解决这一问题的方法之一。能与靶分 子特异性结合的物质与能产生影像学信号的物质以 特定方式相结合所构成的一种复合物，即分子探 针［愿］。现在集中研究的有核医学探针、光学探针及 酝砸陨 或超声探针。只有具有高灵敏、高特异性的分子 探针，才能从根本上推动分子影像学的发展。分子探 针行使的是自身特有作用，因此要满足：①分子量足 够小，容易穿透细胞膜到达靶目标，并且与靶目标具 有高度特异性和亲合力，与非靶目标有较低的亲和 力［怨］；②能反映活体内靶生物分子含量，对细胞表面 和细胞内相同靶生物分子的结合不存在倾向性差异； ③具有一定通透性，能顺利到达目的地，且不会引起 机体明显免疫反应；④能在活体内保持相对稳定，在 血液循环中有适当的清除期，以满足既能与靶生物分 子充分结合又避免“高本底”对显像的影响；⑤以微量 分子为标记物载体，无细胞毒性；⑥具有生物兼容性， 能参与人体正常生理代谢过程。这些探针要用核素、 顺磁性物质或荧光素标记后与靶目标结合，经合适的 扩增方法将信息放大，然后就可以由成像系统，如正 电子发射计算机断层成像仪（孕耘栽）、酝砸陨 或光学成像 技术发现［员园］。目前应用于临床诊断的分子探针已超 过 圆园 种，而在临床前期研究成功的分子探针已超过 员园园 种，其中最具代表性的是智慧探针［员员］。智慧探针 是经化学修饰的酶作用底物，在与靶点相互作用后发 生物理、化学改变。底物被酶特异性降解，释放出对 比剂或位移试剂。该探针仅在酶存在时才得以显像， 故具有较高的敏感性和特异性。 对特定的靶成像，常需介入专家将分子成像探针 材料直接注入靶区，克服生物屏障，利用特定部位聚 集高浓度的探针分子，提高中靶率。目前设计的定位 于信使 砸晕粤 的蛋白探针可以直接评估内源性基因表 达，内源性基因表达的显像是目前影像技术中的难 题，但真正的内源性基因表达显像却具有极为重要的 意义［员圆鄄员猿］。如果能够极为方便的对内源性基因进行 显像，我们就有可能发现某个基因在何时、何处、何种 水平上发生了突变或重组等，从而在疾病早期就可发 ·苑缘·解放军医药杂志（原《华北国防医药》）圆园员员 年 愿 月 第 圆猿 卷 第 源 期 万方数据 现并进行基因治疗而根治疾病。如 责缘猿 基因是人体 内在肿瘤的发生中起着重要作用的抑癌基因，一般情 况下 责缘猿 基因保护正常细胞不受外来侵袭，但突变后 的 责缘猿 基因不仅丧失了抑癌作用，反而成了致癌因 素。通过对内源性基因进行显像便能有效防止癌症 的发生。 圆郾 圆摇 分子影像学图像融合技术 圆郾 圆郾 员摇 核素成像：核素成像技术主要是利用微 孕耘栽 进行的分子影像学技术，在目前的分子影像学研究中 占据着极其重要的地位。其基本原理是在活体基础 上对细胞代谢及功能成像，用特定的放射性物质可检 测到被标记的蛋白质表达，观察一定时间内同位素在 体内的分布、代谢、排泄情况，以了解人体内某种特定 功能［员源］。最早开始的分子影像学研究就是用 孕耘栽 完 成的，如今采用微 孕耘栽 进行的单纯疱疹病毒胸苷激 酶的分子影像学技术已应用于临床试验中。孕耘栽 按 照放射性分布的绝对量进行连续性扫描，根据动力学 原理和图像数据，可对活体组织中的生理生化过程作 出定量分析，如血流量、能量代谢、蛋白质合成、脂肪 酸代谢、受体密度及其与配体结合的选择性和动力学 等。孕耘栽 包括直接显像、间接显像、代替显像 猿 种。 主要方法有蛋白质功能分子显像、基因表达分子显像 和受体显像，广泛用于神经系统疾病诊断和疗效监 测、肿瘤细胞凋亡、新药研究。如使用正电子发射体 直接标记药物，观察其在活体中的分布和代谢，或测 量生理性刺激及病理学过程中药物分布与代谢变化， 从而对药物剂量、作用部位、不良反应等做出前瞻性 判断，还可以判断其代谢反应的类型及产物，观察药 物与其他药物的相互作用、药物与营养物质的相互作 用、药物与受体的相互作用、药物与酶的相互作用 等［员缘］。但是，孕耘栽 图像分辨率较低，难以对病变部位 进行精确定位，只有与其他影像技术如 悦栽、酝砸陨 结 合，才能产生更好的成像效果，现国内已有多台 孕耘栽 辕 悦栽、孕耘栽 辕 酝砸陨 应用于临床，大大地推动了分子影像医 学的发展。 圆郾 圆郾 圆摇 酝砸陨 成像：酝砸陨 具有高空间分辨率和多序列 成像的优点，可以反映多个理化指标，测定多个测量 参数，能够在高分辨率地显示组织解剖结构的同时， 对深部组织分子影像学特征进行精细、准确的定位定 量分析，在分子影像学的应用中具有其他影像学技术 不可比拟的优越性，是最理想的影像学分析技术［员远］。 酝砸陨 分子影像成像可在活体完整的微循环下研究病 理机制，在基因治疗后表形改变前评价基因治疗的早 期效能，并可提供三维信息，比传统组织学检查更立 体、快速。酝砸陨 分子影像学是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，并对其生物学行为在影像学方面 进行定性和定量研究 ［员苑］ ，主要用于基因表达与基因 治疗成像、分子水平定量评价、显微成像、活体细胞及 分子水平评价功能性改变等。通常 酝砸陨 采用对比剂 结合生物放大机制来显像：①将超顺磁性的探针整合 到细胞内，超顺磁性探针包括顺磁性氧化铁颗粒 （杂孕陨阅）、超微顺磁性氧化铁颗粒（哉杂孕陨阅）和单晶体氧 化铁颗粒（酝陨韵晕）等，其中 哉杂孕陨阅 的最大直径不超过 猿园 皂皂，具有引起 酝砸陨 信号的最大变化、随大小变化 可具有不同磁性、表面包被物可以与功能集团和配体 进行化学结合等特点，所以采用 哉杂孕陨阅 作为 酝砸陨 分 子探针标志物，成为 酝砸陨 中变相对比剂研究方向。 ②报告基因系统，包括酪氨酸酶、黑色素系统、β鄄半乳 糖苷酶系统和转铁蛋白受体（栽枣砸）［员愿］。目前应用的 栽枣砸 探针主要有转铁蛋白 原 单晶体氧化铁颗粒（栽枣鄄 酝陨韵晕）和抗 栽枣砸 抗体 原单晶体氧化铁颗粒（ 葬灶贼蚤鄄栽枣砸 粤遭鄄 酝陨韵晕），这两种探针对 栽枣砸 在体外细胞和动物活 体 酝砸陨 成像已获得成功。 圆郾 圆郾 猿摇 光学成像：光学成像主要有弥散光学成像、多 光子成像、活体显微镜成像、近红外线荧光成像及表 面共聚焦成像等。光学成像较突出的优点有：非离子 低能量辐射，高敏感性，可进行连续、实时监测，无创 性，价格相对较低。尽管光学成像技术种类繁多，但 以近红外线荧光成像技术的研究最为注目［怨］。应用 近红外线荧光探针在活体进行的肿瘤组织中蛋白酶 表达水平的研究表明，肿瘤恶性程度和预后与组织蛋 白酶表达水平高度相关，进而实现了从分子水平来预 测肿瘤侵袭性的设想。以绿色荧光蛋白、虫荧光素酶 为标志基因的基因表达显像研究也是重要的光学成 像方式，可以用于微小肿瘤病灶的发现以及新药的筛 选等。但光学成像技术的穿透力有限，为数毫米到数 厘米，目前仅用于小动物模型的研究。 猿摇 分子影像学未来发展 作为一门新兴学科，分子影像学需要与生物、化 学、物理工程、计算机等相关学科交流和合作开展。 此外，完善的试验设备，如建立动物 酝砸陨 成像技术也 是该学科发展的重要条件。在分子影像的未来发展 中，最重要的是开发新探针和新影像技术，新探针的 研制开发吸引着大多数分子影像学家的注意。目前 一个重要的目标是设计定位于信使 砸晕粤 的蛋白探针 从而直接评估内源性基因的表达。就单从基因治疗 来看，有许多问题尚未解决，如基因转导或转染是否 成功？转导或转染的基因是否分布到靶器官或靶组 织，其分布是否最佳？靶器官或靶组织内转基因表达 是否可以产生足够的治疗效应？转导或转染的基因 是否以足够高的水平定位于其他器官或组织以诱导 ·愿缘· 酝藻凿 驭 孕澡葬则皂 允 悦澡蚤灶 孕蕴粤（韵则蚤早蚤灶葬造 栽蚤贼造藻：酝藻凿 允 晕葬贼 阅藻枣藻灶凿蚤灶早 云燥则糟藻泽 蚤灶 晕燥则贼澡 悦澡蚤灶葬），灾燥造援 圆猿，晕燥援 源，粤怎早援 圆园员员 万方数据 产生未预料的毒性反应？在与前体药物联合作用时， 转基因表达的最佳时机以及启动前体药物治疗的最 佳时机如何？转基因表达在靶组织或器官内可持续 多长时间？作为分子生物医学和医学影像学的桥梁 学科，分子影像学的研究会使医学影像学更加开放， 趋向于与生物化学、生物物理学、生物工程学和医学 影像学的融合发展。 ［参考文献］ ［员］摇 文戈，张雪林援分子影像学研究现状及展望［ 允］援 放射学 实践，圆园园远，圆员（愿）：愿远猿鄄愿远缘援 ［圆］摇 林曰增，张雪林援分子影像学研究进展［ 允］援 临床放射学 杂志，圆园园猿，圆圆（员）：苑苑鄄苑怨援 ［猿］摇 月则葬泽糟澡 砸，孕澡葬皂 悦，杂澡葬皂藻泽 阅，藻贼 葬造援 粤泽泽藻泽泽蚤灶早 贼怎皂燥则 葬灶鄄 早蚤燥早藻灶藻泽蚤泽 怎泽蚤灶早 皂葬糟则燥皂燥造藻糟怎造葬则 酝砸 蚤皂葬早蚤灶早 糟燥灶贼则葬泽贼 酝皂藻凿蚤葬［ 允］援 酝葬早灶 砸藻泽燥灶 陨皂葬早蚤灶早，员怨苑苑，苑（员）：远愿鄄苑源援 ［源］摇 宰藻蚤泽泽造藻凿藻则 砸援 酝燥造藻糟怎造葬则 蚤皂葬早蚤灶早：藻曾责造燥则蚤灶早 贼澡藻 灶藻曾贼 枣则燥灶鄄 贼蚤藻则［ 允］援 砸葬凿蚤燥造燥早赠，员怨怨怨，圆员圆（猿）：远园怨鄄远员源援 ［缘］摇 王建宾，郭文强援 分子影像学鄄圆员 世纪影像诊断的新舞 台［ 允］援大同医学专科学校学报，圆园园缘，圆缘（猿）：圆怨鄄猿员援 ［远］摇 韵怎凿藻 耘灶早遭藻则蚤灶噪 砸 阅，增葬灶 凿藻则 孕燥造 杂 酝，阅燥责责 耘 粤，藻贼 葬造援 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 杂孕陨韵 葬灶凿 哉杂孕陨韵 枣燥则 蚤灶 增蚤贼则燥 造葬遭藻造蚤灶早 燥枣 澡怎鄄 皂葬灶 皂燥灶燥糟赠贼藻泽：酝砸 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 葬灶凿 糟藻造造 枣怎灶糟贼蚤燥灶［ 允］援 砸葬凿蚤鄄 燥造燥早赠，圆园园苑，圆源猿（圆）：源远苑鄄源苑源援 ［苑］摇 栽则蚤增藻凿蚤 砸 粤，酝葬造造葬憎葬则葬糟澡蚤 悦，哉 运蚤灶早 陨皂 允 酝，藻贼 葬造援 陨鄄 凿藻灶贼蚤枣赠蚤灶早 蚤灶枣造葬皂藻凿 糟葬则燥贼蚤凿 责造葬择怎藻泽 怎泽蚤灶早 蚤灶 增蚤增燥 哉杂孕陨韵鄄 藻灶澡葬灶糟藻凿 酝砸 蚤灶 葬早蚤灶早 贼燥 造葬遭藻造 责造择怎藻 皂葬糟则燥责澡葬早藻泽［ 允］援 粤则鄄 贼藻则蚤燥泽糟造藻则 栽澡则燥皂遭 灾葬泽糟 月蚤燥造，圆园园远，圆远（苑），员远园员鄄员远园远援 ［愿］摇 张龙江，祁吉援分子影像学探针的研究与进展［ 允］援 国外 医学临床放射学分册，圆园园远，圆怨（缘）：圆愿怨鄄圆怨猿援 ［怨］摇 唐孝威援分子影像学导论［酝］援 杭州：浙江大学出版社， 圆园园缘：缘远援 ［员园］辛军，郭启勇援分子影像学的现状和未来［ 允］援 首都医科 大学学报，圆园园苑，圆愿（远）：远苑怨鄄远愿圆援 ［员员］粤造藻灶糟葬则 匀，云怎灶燥增蚤糟泽 酝 粤，云蚤早怎藻蚤则藻凿燥 允，藻贼 葬造援 悦燥造燥灶蚤糟 葬凿藻灶燥糟葬则糟蚤灶燥皂葬泽：灶藻葬则鄄蚤灶枣则葬则藻凿 皂蚤糟则燥糟葬贼澡藻贼藻则 蚤皂葬早蚤灶早 燥枣 泽皂葬则贼 责则燥遭藻泽 枣燥则 藻葬则造赠 凿藻贼藻糟贼蚤燥灶 泽贼怎凿赠 蚤灶 皂蚤糟藻［ 允］援 砸葬凿蚤燥造燥鄄 早赠，圆园园苑，圆源源（员）：圆猿圆鄄圆猿愿援 ［员圆］熊正平援分子影像学［ 允］援 国外医学临床放射学分册， 圆园园圆，圆缘（猿）：员猿员鄄员猿源援 ［员猿］蕴葬灶糟藻造燥贼 耘，粤皂蚤则遭藻噪蚤葬灶 灾，月则蚤早早藻则 陨，藻贼 葬造援 耘增葬造怎葬贼蚤燥灶 燥枣 皂葬贼则蚤曾 皂藻贼葬造造燥责则燥贼藻蚤灶葬泽藻泽 蚤灶 葬贼澡藻则燥泽糟造藻则燥泽蚤泽 怎泽蚤灶早 葬 灶燥增藻造 灶燥灶蚤灶增葬泽蚤增藻 蚤皂葬早蚤灶早 葬责责则燥葬糟澡［ 允］援 粤则贼藻则蚤燥泽糟藻则 栽澡则燥皂遭 灾葬泽糟 月蚤燥造，圆园园愿，圆愿（猿）：源圆缘鄄源猿圆援 ［员源］程英升援分子影像学的现状和发展趋势［ 允］援 上海医学， 圆园员园，猿猿（猿）：圆苑远鄄圆苑怨援 ［员缘］月造葬灶噪藻灶遭藻则早 云 郧，杂贼则葬怎泽泽 匀 宰援 晕怎糟造藻葬则 皂藻凿蚤糟蚤灶藻 葬责责造蚤糟葬鄄 贼蚤燥灶泽 蚤灶 皂燥造藻糟怎造葬则 蚤皂葬早蚤灶早［ 允］援 允 酝葬早灶 砸藻泽燥灶 陨皂葬早蚤灶早， 圆园园圆，员远（源）：猿缘圆鄄猿远员援 ［员远］栽燥则蚤早蚤葬灶 阅 粤，匀怎葬灶早 杂 杂，匀燥怎泽藻灶蚤 酝，藻贼 葬造援 云怎灶糟贼蚤燥灶葬造 蚤皂葬早蚤灶早 燥枣 糟葬灶糟藻则 憎蚤贼澡 藻皂责澡葬泽蚤泽 燥灶 皂燥造藻糟怎造葬则 贼藻糟澡灶蚤择怎藻泽 ［ 允］援 悦粤 悦葬灶糟藻则 允 悦造蚤灶，圆园园苑，缘苑（源）：圆园远鄄圆圆源援 ［员苑］孙希杰，许乙凯，全显跃援分子水平磁共振影像学研究及 进展［ 允］援实用放射学杂志，圆园园缘，圆员（员怨）：圆圆员远鄄圆圆员愿援 ［员愿］张帆，卢光明援报告基因信号扩增方法的研究进展［ 允］援 医学研究生学报，圆园园愿，圆员（员园）：员园愿圆鄄员园愿缘援 （收稿时间：圆园员员鄄园缘鄄员愿摇 修回时间：圆园员员鄄园远鄄员怨） 跟腱断裂超声诊断一例 邓美玲，张成生，乔摇 梅 作者单位：园员源园源园 内蒙古自治区 包头，解放军 圆怨员 医院 特诊科 摇 摇［关键词］摇 跟腱；腱损伤；超声检查，多普勒 ［中国图书资料分类号］摇 砸远愿远援 员摇 摇［文献标志码］摇 月摇 摇［文章编号］摇 圆园怨缘鄄员源园载（圆园员员）园源鄄园园缘怨鄄园圆 员摇 病例资料 男，圆园 岁。因军事训练致跟腱部疼痛、肿胀和跛行 员缘 凿入院。训练方式以弹跳、短跑等为主。查体跟骨 上 源 糟皂处可触及一横向凹陷，踝关节跖屈运动受限。 采用 郧耘 蕴韵郧陨匝猿 超声诊断仪，探头频率 缘 耀 员园 酝匀扎 进 行检查，检查方法：取俯卧位，双小腿暴露，于自然休息 位踝关节背屈 怨园毅，探头与跟腱垂直，于患处行纵向和 横向连续滑行扫查，并与健侧跟腱对比观察［员］。观察 患处皮肤、皮下组织、深筋膜及肌肉各层，发现异常后 查看血流情况，有无断裂，断裂部位、程度及病变处回 声，并测量跟腱厚度、宽度及断端分离间距等。超声检 查结果示患侧跟腱回声中断或缺损，且增粗，跟腱起点 呈椭圆形，中段呈近似圆形［圆］，止点呈半月形高回声， 均有清楚边界，断端呈中或高等回声（图 员见封 猿）。诊 断为跟腱断裂。手术探查与超声检查结果相符。 圆摇 讨论 闭合性跟腱损伤是一种骨科常见疾病，多发生于 青壮年。开放性跟腱损伤诊断并不困难，而闭合性跟 腱损伤因患肢仍具有踝关节屈伸功能易漏诊［猿鄄缘］。跟 腱是人体最大的肌腱，由小腿三头肌的纤维筋膜形成， 近端为腓肠肌及比目鱼肌腹，远端是跟骨结节，跟腱周 围组织具有滑动作用，长期强烈运动易导致跟腱供血 障碍、退变而发生闭合性断裂，但外观并无异常。早期 ·怨缘·解放军医药杂志（原《华北国防医药》）圆园员员 年 愿 月 第 圆猿 卷 第 源 期 万方数据 分子影像学相关技术及未来展望 作者： 王龙彪， 王惜诵， 赵素丽， 刘媛媛 作者单位： 王龙彪,刘媛媛(唐山,解放军255医院放射科,河北,063000)， 王惜诵,赵素丽(唐山,解放军255医院 心内科,河北,063000) 刊名： 解放军医药杂志 英文刊名： MEDICAL&PHARMACEUTICAL JOURNAL OF CHINESE PEOPLE'S LIBERATION ARMY 年，卷(期)： 2011,23(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hbgfyy201104025.aspx