分子影像學研究進展

何煒璐

1 引言

分子影像學是指在活體狀態下，在細胞和分子水平上，應用影像學方法對人或動物體內的生物學過程成像，進而開展定性和定量研究的一門學科。隨著分子生物學研究的飛速發展，尤其是基因組學、蛋白質組學及其相關技術的進展，迫切需要某種手段來監測其研究對象在生物活體內的過程，于是，以細胞、基因或分子及其傳遞途徑為成像對象的分子影像學 （Molecular Imaging）應運而生[3]。與傳統影像學對比，分子影像學著眼于生物過程的基礎變化，而不是這些變化的最終結果。分子影像技術被用于研究結構學（空間），化學（試劑），動力學（時間）以及物理學（能量、光學、位相、偏振）等領域。

如今各個基礎學科的高速發展，分子影像學這門新興的交叉學科越來越受到研究學者的重視，分子影像學的發展也極為迅速，技術與應用繁多。本文對分子影像學研究進展展開綜述，以期為今后分子影像學的研究提供參考。

2 成像技術

分子影像學的成像技術有多種，根據所用影像學檢查手段的不同，其中應用最多的分子影像學技術可分為光學分子成像、超聲分子成像和磁共振分子成像等。每項成像技術都有其優劣勢，如光學分子成像技術有無創、靈敏、安全、可重復成像的優點，但光學成像技術的透入深度有限、穿透力差，還待進一步改善;超聲成像技術具有無創、安全、方便、廉價、的優點，但分辨率與清晰度較低;核醫學成像具有較高的敏感性非常適合體內成像，但是它有一定輻射;磁共振分子成像具有無創、無輻射、多平面和多序列成像、軟組織分辨率高等優點[24]，但是敏感性較差。

2.1光學分子成像

光學分子成像是在基因組學、蛋白質組學和現代光學成像技術的基礎上發展起來的新興研究領域，其突出特點是非侵入性地對活體內參與生理和病理過程的分子事件進行定性或定量可視化觀察。光學分子成像是一種采用生物發光和熒光燃料進行活體動物體內標記目的細胞，通過光學成像儀器對生物體內細胞生物學活動進行檢測的的一種技術。

2.2超聲分子成像

超聲分子成像是以現有的超聲醫學超聲成像為基礎而形成的新的成像技術[35]，超聲分子影像是指在靶向性的超聲造影劑作為介導，配體連接在造影劑的表面，能夠通過血液到達特定靶區，細胞經過微泡造影劑的吸附后，可提高靶向細胞的成像信號。

2.3核醫學成像

分子影像學研究的初級階段，主要是核醫學成像，核醫學成像的靈敏度極高，是目前最成熟的分子成像技術。核醫學成像的成像原理是通過注射放射性核素標記物，然后利用成像設備對活體顯像，能夠無創地在分子水平監測體內生物學活動，核醫學的成像模式主要分為直接顯像和間接顯像。

2.4磁共振分子成像

磁共振分子成像技術是以特殊分子作為成像依據，定性或定量研究生物組織內基因表達、代謝活性高低及細胞內生物活動狀態等結構及功能變化的生理過程，將非特異性物理成像轉為特異性分子成像，進而能在活體狀態下監測病變發展過程，研究病理機制[42]，在基因治療后、表型改變前評價治療的早期效能，所以評價疾病的指標更加完善和具備特異性，可提供較傳統的組織學檢查更立體、快速的三維信息[43]。

3成像技術研究進展

3.1光學分子成像研究進展

光學分子影像學技術作為分子影像學的重要組成部分，光學成像技術具有高靈敏度、高時間與空間分辨率、多參量檢測和低損傷等優點[15]。目前，光學成像技術已成為腫瘤診斷、治療、療效判斷及抗腫瘤藥物篩選等研究領域中不可缺少的工具[16]。光學成像技術能在生物體內實現高靈敏度與精準性的腫瘤成像是傳統影像不可比擬的。并且光學成像技術還廣泛應用在臨床轉化與醫療實踐中，光學多模態成像、切倫科夫發光成像和光學成像可用于指導外科手術[17、18]。在分子成像時期，光學技術對促進高靈敏度醫學診斷及個體化治療的發展具有很大的前景，雖然如今其無法橡CT、PET、MRI一樣在臨床廣泛推廣，但是他在臨床前的研究已經得到了廣泛的應用、這加快了研究者的研究腳步，光學分子成像成為如今最有希望成為臨床應用主力的成像技術。

3.2超聲分子成像研究進展

超聲分子成像是以現有的超聲醫學超聲成像為基礎而形成的新的成像技術，利用具有靶向性的造影劑為探針，來檢測血管內皮細胞分子表達變化。經過微泡造影劑的吸附后，可提高靶向細胞的成像信號，經過特定的序列檢查，對早期的腫瘤、動脈粥樣硬化等病變有極高的敏感性。超聲分子成像目前正處于起步發展階段，因為它安全，方便操作，能夠實時成像，擁有良好的空間分辨率和檢測深度[20]，可以應用超聲分子成像技術來觀察靶區在組織水平、細胞及亞細胞水平的成像，以此反映病變區組織在分子基礎方面的變化，能夠對腫瘤疾病、心血管疾病等進行特異性成像，所以超聲分子成像技術在評估腫瘤與心血管疾病等方面極有應用價值。如今，不止是有微泡造影劑還對多功能的超聲造影劑進行了研究，多功能的造影劑能夠提高傳統造影劑的成像精準性，隨在動物實驗中已經取得了可人的成績，超聲分子成像成為最有希望率先從實驗室進入臨床的檢查手段[21]。

3.3核醫學成像研究進展

分子影像學研究的初級階段，主要是核醫學成像。核醫學成像的成像原理是通過注射放射性核素標記物，然后利用成像設備對活體顯像，能夠無創地在分子水平監測體內生物學活動，核醫學的成像模式主要分為直接顯像和間接顯像。核醫學成像在分子影像學中占據了非常重要的位置，雖然中國對核醫學影像的研究起步較晚，但是如今的研究已可用于檢測腫瘤診斷、心血管疾病診斷等。核醫學成像技術（PET和SPECT）在臨床上現已使用檢測高糖代謝的分子探針（FDG），同時SPECT的研制工作已經取得一定的成果，該技術有較高的敏感性非常適合體內成像，但是它有一定的輻射和空間分辨率不高的缺點。隨著核醫學檢查技術不斷發展，在成像的操作過程中也不可避免輻射，所以在進行操作是應該制定科學的防護策略。目前，核醫學成像在臨床上，已廣泛應用于腫瘤、神經系統疾病、心腦血管疾病的早期診斷;在疾病病理學研究、腫瘤治療效果評估、藥物研發等領域，核醫學成像也發揮著越來越大的作用。

3.4磁共振分子成像研究進展

磁共振是一種無創性檢查技術，與分子生物學存在一定關系，磁共振分子成像在臨床疾病的診斷中一直是重要的角色，特別是近年來磁共振技術發展迅速，磁共振分子成像也發展的更加快速。磁共振分子成像多應用于基礎研究領域，且主要應用于臨床前研究，其在基因顯像、血管生成、疾病的早期診斷、療效評估及藥物篩選等方面已取得可喜的研究成果。隨著現代影像學技術和分子生物學技術的日益發展，基于MRI的分子影像學也得以快速發展。利用各類分子探針，不但可用于腫瘤及非腫瘤疾病靶向診斷、治療及療效評價，還可以用于細胞監測和追蹤、基因治療等[47]目前，磁共振腫瘤分子成像目前仍處于動物實驗或臨床前試驗階段，所以需要研究開發出新的更加安全的探針，更敏感的設備，才能使磁共振分子成像技術夠盡早投入臨床使用，為腫瘤病人提供早期的診斷，更好的把握治療時期。

4展望

分子影像學作為一門新興的交叉學科，在國內學者共同的研究下已經取得了許多令人欣喜的成果。有關分子影像學相關的研究與應用，雖然更多的是在臨床前研究和動物實驗，但是在不久的將來隨著成像設備的發展、新型分子探針的制備，分子影像學能夠更多的在臨床上廣泛的運用，能成為疾病預防與治療的重要紐扣。更多的分子探針進入臨床前研究階段，為臨床提供了更好的選擇。隨著研究的不斷深入，分子影像學有望給醫學的檢測帶來研究參考。

參考文獻：

[1]申寶忠，王維.分子影像學2011年度進展報告[J].中國繼續醫學教育，2011，3（08）：132-157+166.

[2]田新華，康志臣，劉建華.分子影像學研究進展[J].中國實驗診斷學，2013，17（08）：1543-1544.