分子影像研究方法

❶ 分子影像的介绍

分子影像（molecular imaging）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，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。

❷ 分子影像学的学科发展

也正因为各种成像技术各有利弊，存在各种难点，因此，常常需要进行跨学科、多角度的交叉与合作，这里面既需要生命科学从分子水平提出亟待解决的问题，也需要物理、化学、生物数字、信息学等学科发展适应分子影像学研究的理论与技术，并应用于该领域。同时，需结合当代前沿的纳米科学技术。然而，缺乏多学科的合作成了阻碍分子影像学发展的瓶颈，尤其缺乏与生物、化学、物理、工程、计算机等相关学科的交流和合作。比如，在分子探针的设计、制备以及表征分析中，就需要生物工程、生物化学等相关专家的密切配合。
因此，跨学科的专家们首先要坐在一起，寻找共同感兴趣的目标，这里面有临床意义以及前期的基础；共同的兴趣，如：MRI、CT、PET、超声；应在某些方面集中，如抗体。其次，为了提高合作研究的效率要组成固定的研究课题组，明确分工责任，明确时间节点。再其次就是经费保证。以及共同发表文章各自的侧重点等。所有以上这些是否需要书面协议？把这理清后才有可能更好地往前走，否则效率不高。 至此，影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营：经典医学影像学：以X线、CT、MR、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能；以介入放射学为主体的治疗学阵营；分子影像学：以MR、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。分子影像学对影像医学的发展有很大的推动作用，也与传统的医学影像学紧密相连。一些医疗器械制造商因此开发出了相应的产品，如西门子的Biograph 16 TruePoint（正电子发射及计算机断层扫描系统），融合影像系统以及前沿的应用软件，使研究人员能够识别特定的生物学过程、监测化合物的效用、实时测量疾病进展，促进了基础研究和药物研发工作，使影像医学从对传统的解剖、生理功能的研究，深入到分子水平的成像，去探索疾病的分子水平的变化，将对新的医疗模式的形成和人类健康有着深远的影响。分子影像学概念分子影像学与传统影像学的对比自从X射线发明以来，医学影像技术的发展大概经历了三个阶段：结构成像、功能成像和分子影像。医学影像技术(包括结构成像和功能成像)和现代医学影像设备(如：计算机断层成像CT、核磁共振成像MRI、计算机X线成像PET、B超)的出现，使得传统的医学诊断方式发生了革命性变化。但是随着人类基因组测序的完成和后基因组时代的到来，人们迫切需要从细胞、分子、基因水平探讨疾病(尤其是恶性疾病)发生发展的机理，在临床症状出现之前就监测到病变的产生，从而实现疾病的早期预警和治疗，提高疾病的治疗效果。因此，1999年美国哈佛大学Weissleder等提出了分子影像学(Molecular Imaging)的概念：应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。它是以体内特定分子作为成像对比度的医学影像技术，能在真实、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。它在分子生物学与临床医学之间架起了相互连接的桥梁，被美国医学会评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一，是二十一世纪的医学影像学。
传统影像学主要依赖非特异性的成像手段进行疾病的检查，如不同组织的物理学特性(如组织的吸收、散射、质子密度等)的不同，或者从生理学角度(如血流速度的变化)来鉴定疾病，显示的是分子改变的终效应，不能显示分子改变和疾病的关系。因此，只有当机体发生明显的病理或解剖结构的改变时才能发现异常。虽然图像分辨率不断提高，但是若此时发现疾病，已然错过了治疗的最佳时机。然而，在特异性分子探针的帮助下，分子影像偏重于疾病的基础变化、基因分子水平的异常，而不是基因分子改变的最终效应，不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平发现疾病，真正达到早期诊断。分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合，它对现代和未来医学模式可能会产生革命性的影响。
分子影像学的优势，可以概括为三点：其一，分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征；其二，能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程；其三，可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。通常，探测人体分子细胞的方法有离体和在体两种，分子影像技术作为一种在体探测方法，其优势在于可以连续、快速、远距离、无损伤地获得人体分子细胞的三维图像。它可以揭示病变的早期分子生物学特征，推动了疾病的早期诊断和治疗，也为临床诊断引入了新的概念。

❸ 什么是分子影像技术

分子影像技术（molecular imaging）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，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。分子影像技术是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的技术。

❹ 分子影像的主要研究内容

分子影像研究组主要关注光学分子影像(Optical Molecular Imaging)的相关问题。光学分子影像是传统医学影像技术与现代分子生物学相结合的产物，具有传统成像手段所没有的无创伤、实时、活体、特异、精细显像等优点；与其它分子影像技术相比，光学分子影像具有较高的时间/空间分辨率以及价格适中等特点。我们研究的目标是实现光学分子影像在理论上有创新、技术上有突破、应用上有典型。理论创新是指算法的创新，主要包括光学分子影像正向问题和逆向问题算法的开发与完善；技术突破是指技术平台的设计与开发，主要包括MOSE和光学分子影像设备控制及图像处理软件的开发与完善；应用典型是指多模融合的分子影像系统的搭建以及相关生物学实验的开展，包括光学分子影像子系统和CT子系统的搭建以及小动物光学成像实验的开展。

❺ 分子影像的国内外分子影像产品的比较

分子影像产品的研究与发展，是伴随着分子影像成像理论和成像算法的发展而逐步发展的。在荧光标记的分子成像方面，目前世界上仅有少数实验室研制成功可以对小动物进行跟踪性在体荧光断层分子影像的系统。
近年来，国外某些公司改进了现有的体外荧光成像技术，发展出适用于动物体内的成像系统。荧光发光是通过激发光激发荧光基团到达高能量状态，而后产生发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(DsRed)及其他荧光报告基团，标记方法与体外荧光成像相似。荧光成像具有费用低廉和操作简单等优点。同生物发光在动物体内的穿透性相似，红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多，近红外荧光为观测生理指标的最佳选择。现有技术采用不同的原理，尽量降低背景信号，获取机体中荧光的准确信息。
目前国外有相关产品的公司也仅仅几家，而且在技术上也有很多需要改进的地方，比如说国外产品目前使用的算法还停留在匀质算法上，若体内有两个光源信号，体外探测器探测到的将是两个光源信号的叠加，从而导致重建光源位置与实际光源位置偏差较大；随着体内光源位置深度的增加，重建光源误差将随之增大；光源重建过程中假定整个生物组织内部是均匀介质，不能很好的对光源进行成像，光源的位置以及大小误差较大。
国外的产品还许多需要完善的，那么国内的分子影像技术状况又是怎样的呢。是刚起步，还好已经有了自己的产品，是和国外的研究水平相去甚远，还是齐头并进？
2002年国内首次以“分子影像学”为主题举行了香山科学会议第194次学术讨论会，给国内分子影像界创造了一个沟通交流的平台。其中中科院自动化研究所的田捷教授是国内分子影像技术的领军人物，是国内分子影像研究的第一人，他在08年就突破了国际难题“非匀质算法”，并将其运用到设备上，在国际上引起了极大的轰动。他突破了国外产品的“匀质算法”的局限，大大提高了实验的准确性。
目前国内已经出现了首家拥有分子影像自主知识产权的企业。这家企业是由中科院及一家高新技术公司共同成立的。而这家公司的首席科学家正是田捷教授。他们的产品是由田捷教授带领着近50名不同专业领域的高技术人才组成的技术团队共同研发的，代表着国内分子影像研究的最高技术。目前这家公司的小动物体内成像设备已经运用了最新一代的“非匀质算法”， 一举解决了复杂生物组织中的非匀质问题，从而使光源重建精度大大提高。成功打破了国外产品在国内高端实验设备的垄断。
可以说国内的分子影像技术虽然起步晚于国外研究机构，但是经过众多科学家的共同研究，国内分子影像技术的发展正在和国外的研究齐头并进。

❻ 分子影像技术主要应用于哪些方面研究

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的科学因此,分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合而产生的一门新兴的边缘学科"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。

❼ 除了分子影像技术还有哪些非侵袭性示踪手段

同位素示踪技术（isotopic tracer technique）是利用放射性同位素或经富集的稀有稳定核素作为示踪剂，研究各种物理、化学、生物、环境和 材料等领域中科学问题的技术。示踪剂是由示踪原子或分子组成的物质。 示踪原子（又称标记原子）是其核性质易于探测的原子。含有示踪原子的 化合物，称为标记化合物。理论上，几乎所有的化合物都可被示踪原子标记。一种原子被标记的化合物，称为单标记化合物；两种原子被标记的化合物，则称为双标记化合物（如2H218O）自然界中组成每个元素的稳定核素和放射性核素大体具有相同的物理性质和化学性质，即放射性核素或稀有稳定核素的原子、分子及其化合物，与普通物质的相应原子、分子及其化合物具有相同的物理和化学性质。因此 ，可利用放射性核素或经富集的稀有稳定核素来示踪待研究的客观世界及其过程变化。通过放射性测量方法，可观察由放射性核素标记的物质的分布和变化情况；对经富集的稀有稳定核素或者可用质谱法直接测定，亦可用中子活化法加以测定。分子影像技术（molecular imaging）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，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。分子影像技术是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的技术。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针进行综合，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织在分子和细胞水平上的生物学过程的目的。

❽ 分子影像学的简介

分子影像学(molecularimaging)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,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学因此,分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合而产生的一门新兴的边缘学科"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。因此,分子影像学对影像医学的发展有很大的推动作用,使影像医学从对传统的解剖、生理功能的研究,深入到分子水平的成像,去探索疾病的分子水平的变化,将对新的医疗模式的形成和人类健康有着深远的影响。
分子影像新技术有着巨大的潜力"新技术将在表现型
改变显示之前提供早期疾病检测,新技术对疾病的诊断更加具有合理性,在分子水平上,新技术可评估被治疗靶目标的效果"例如就癌症而言,当前检测疾病的参数只能了解肿瘤体积大小和解剖定位,分子影像新技术可发展到获得许多新的检测参数,如肿瘤生长动力学评估!恶变前的分子异常检测!血管发生生长因子!肿瘤细胞标记物!基因改变等"活体分子成像可允许无损生物体微环境的状况下进行发病机制的研究,可帮助破译复杂的分子运动轨迹"此外,分子影像有可能通过活体实时分子靶目标评估来促进药物发展。分子成像与影像导引治疗系统结合,使我们有可能在识别疾病的同时即进行直接治疗。
分子医学影像技术是显示肉眼或其他技术无法或难以认识的人体生命信息的医学影像方法"首先,分子影像可以提高临床诊治疾病的水平"许多疾病始于基因和基因表达异常,继而代谢失常!功能障碍,最后才表现出组织形态变化和症状体征"只有在分子水平发现疾病,才能真正达到早早期诊断并针对性治疗,如基因治疗"另外,分子影像可提示肿瘤的恶性程度和预后"分子影像还可提供独特的诊断能力,通过观察代谢改变,可以在肿瘤化疗开始数天内,明确化疗是否有效,以便及时调整用药"分子影像技术的优势,源于它是连接分子生物学等学科和临床医学的桥梁"近年来,分子生物学突飞猛进,特别是人类基因组计划的完成,对人体和生命科学产生着巨大的影响"分子影像技术是影像医学近年来最大的进步,也代表了今后医学影像技术发展的方向"它对现代和未来医学模式将会产生革命性的影响"。
近10多年,分子生物学与医学学科之间产生了积极的
互动,放射学科也正经历着这一过程,影像学家正积极主动地将研究的问题向分子水平深入"在分子影像学中,最的是开发新的探针和新的影像技术,新探针的研制和开发吸引着大多数分子影像学家的注意"目前1个重要的目标是设计定位于信使RNA的蛋白探针从而直接评估内源基因的表达"新探针的开发必然有利于推动新的影像技术的发展,而对整个医学领域产生影响"内源性基因表达的显像是目前各个影像技术的难题,但真正的内源性基因表达显像却具有极为重要的意义"如果能够极为方便的对内源性基因显像,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,从而在疾病的早期阶段发现并进行基因治疗而得以根治疾病"影像技术的继续改进,新的影像技术的开发也将是分子影像学研究的1个方面"空间分辨率的改进允许对荷载人体疾病的小鼠显像,而这些显像的结果有望用于临床实践中"不同影像设备的图像融合应用于基因表达显像应有望改进其能力"PET和MRI的融合图像已有报道,但其费用更大"PET和CT图像融合可能会是以后研究的重点,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。微MRI(microMRI)也会是今后小动物基因表达显像研究的1个方向"另外,本领域的研究应有分子生物学家!影像学家!细胞生物学家!干细胞生物学家及免疫学家的积极参与"分子影像学作为分子生物学和医学影像学之间的桥梁学科,其间产生积极的互动会有力地推动分子影像学的健康发展"在有我国参与的人类基因组计划的研究草图已发表的今天,鼓励我国年轻的影像学医师学习分子生物学知识,积极从事本方面的研究是很有必要的;与此同时,正如程英升等呼吁的那样,有关分子影像学的研究还需要多方面的热情关注,也只有这样,我们才能迎头追赶世界的动向,为我国放射医学的发展做出应有的贡献。