功能與分子影像學(xué)概念和進(jìn)展

功能與分子影像學(xué)概念和進(jìn)展一、飛速發(fā)展的醫(yī)學(xué)影像學(xué)二、對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)三、醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展方向－功能與分 子影像學(xué)1、功能影像學(xué)概念及其應(yīng)用2、分子影像學(xué)概念及其應(yīng)用3、基因影像學(xué)概念及其應(yīng)用四、分子影像學(xué)值得注意的幾個(gè)問(wèn)題五、分子影像學(xué)的技術(shù)問(wèn)題一、飛速發(fā)展的醫(yī)學(xué)影像學(xué)

1895年11月8日永遠(yuǎn)值得紀(jì)念的日子德國(guó)物理學(xué)家威廉.倫琴（1845－1923）獲1901年Nobel獎(jiǎng)X線計(jì)算機(jī)體層攝影（CT）1969年設(shè)計(jì)成功1972年公諸于世1979年獲Nobel獎(jiǎng)英國(guó)工程師C.N.Hounsfield磁共振成像（MRI）EdwardPurcellFelixBloch1952年同獲Nobel獎(jiǎng)Seldinger技術(shù)Sven-IvarSeldinger獲1956年Nobel獎(jiǎng)Anatomicimaging解剖影像之完美Anatomicandfunctionalimaging二、對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)DNA細(xì)胞的奧秘器官合成：神經(jīng)管發(fā)育Howtodo?三、醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展方向：

功能與分子影像學(xué)

各學(xué)科的交叉點(diǎn)功能與分子影像學(xué)生物學(xué)物理學(xué)信息技術(shù)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)化學(xué)、藥學(xué)臨床醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)ADefinitionofFunctionaland MolecularImagingSource:R.Weissleder,MGHRadiology,1999OrganLevelTissueLevelCellularLevelGeneticLevelMovingfromImagingtoday’sanatomical&functionaltargetsDetection,TumorBurdenAngiogenesisGrowthkineticsDrugdeliveryTumormarkersDrugTargetingGeneticmutationsGeneTherapy…toImagingtomorrow’smorespecificdiseasetargetsTodayTomorrow（一）、功能影像學(xué)概念及其應(yīng)用

定義：“利用影像手段顯示組織和器官 的功能變化”，包括：

MRI:

彌散成像、彌散張量成像、灌 注成像、腦功能定位成像 （Bold-fMRI）；

CT：灌注成像；PET-CT:

灌注成像，它以18-F、11-C、13- N、15-O及其它許多被標(biāo)記的化合 物進(jìn)行腦和心肌血流灌注的顯像；SPECT：主要包括局部腦血流(regional cerebralbloodflow，rCBF)和心 肌灌注顯像;US：

心血管及部分器官血管的動(dòng)態(tài)觀察。1、磁共振功能成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRl)

依成像原理，廣義的fMRI可分為三類：第一類：彌散基礎(chǔ)上(diffusion—based)的fMRl，可檢測(cè)腦等實(shí)質(zhì)性器官水的變化。

彌散成像腦梗塞T2水抑制

DWI彌散成像腦梗塞彌散加權(quán)ADC/EADC發(fā)病3小時(shí)的腦卒中-T2WI、DWI各向異性圖ADC圖彌散張量（DTI）：各向異性圖彌散張量各向異性圖：顯示腦灰 白質(zhì)走行和分部GenuCCInt.Cap.SpleniumExt.Cap.ThalamusOpticRadiations彌散張量3D成像顯示正常皮質(zhì)纖維束及其與腫瘤的關(guān)系彌散張量3D成像：左頂葉腦腫瘤患者，可見(jiàn)患側(cè)病變區(qū)纖維束受壓移位，但未見(jiàn)明顯中斷（側(cè)位）彌散張量圖與腦功能成像融合彌散張量圖：顯示白質(zhì)束與語(yǔ)言表達(dá)功能中樞圖像融合肝臟及腹部多發(fā)轉(zhuǎn)移(DWI)全脊柱骨轉(zhuǎn)移：全身彌散 （類PET成像）

第二類:

灌注基礎(chǔ)上(perfusion－based)的fMRI，以MRI造影劑在腦和其它實(shí)質(zhì)性器官血管內(nèi)分布時(shí)間的過(guò)程來(lái)觀察功能變化，觀察指標(biāo)：血流量（BF）、血容量（BV）、平均通過(guò)時(shí)間（MTT）、首過(guò)斜率（FS）、時(shí)間峰值（TP）等。灌注成像動(dòng)態(tài)灌注成像負(fù)性增強(qiáng)圖

(NEI)rCBV

右側(cè)大腦半球梗塞后2小時(shí)，MR灌注成像動(dòng)態(tài)灌注成像:平均通過(guò)時(shí)間（MTT）

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤灌注成像

（WHOⅣ級(jí)）

乳腺癌MR灌注成像乳腺良性病變MR灌注成像曲線：綠色為正常乳腺組織、粉色為乳腺纖維腺瘤均表現(xiàn)為相對(duì)低的對(duì)比劑吸收，對(duì)比劑的流入、流出較緩慢。3D容積動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù)序列

肝A期門(mén)V期延遲期心臟運(yùn)動(dòng)功能檢查—

白血技術(shù)心臟形態(tài)學(xué)檢查—

黑血技術(shù) CardiacFunction:FIESTA-CINE

CoronaryMRA-HighResolution 3DSpiralImaging

RCA-.8mmpixelresolution

LCA-.8mmpixelresolution肺動(dòng)脈灌注第三類：血氧水平基礎(chǔ)上的腦功能成像(bloodoxygenationlevelbased-fMRI),如血氧水平依賴性腦功能成像(bloodoxygenationleveldependent，BOLD－fMRI)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記（ASL）。是磁共振研究最熱門(mén)的領(lǐng)域之一。

血氧水平依賴性腦功能(Bold-fMRI)腦功能成像(Bold-fMRI)

fMRI-大腦皮層定位

正常被試視覺(jué)刺激激活腦區(qū)焦慮、抑郁、躁狂3.0TMRI評(píng)價(jià)癡呆正常人癡呆患者精神分裂癥患者大腦功能變化:

與對(duì)照組比較腦灰質(zhì)明顯減少精神分裂癥患者腦功能變化正常人腦功能變化左頂部腦膜瘤ASL（內(nèi)源性灌注）

2、CT功能成像

與MRI和PET相比，CT功能成像的范圍相對(duì)狹窄;

隨著CT空間、密度、時(shí)間分辨率的極大提高以及強(qiáng)大后處理能力的實(shí)現(xiàn);CT功能成像的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前主要集中在兩大方面：各器官灌注成像和心臟動(dòng)態(tài)功能成像。左側(cè)顳葉腦梗塞CT灌注成像CT腦灌注成像-右側(cè)大腦半球 梗塞半暗帶形成

PerfusionCTMTTCBFCBVPatient<4hourspost-strokeCBFandMTTshowsrightsideabnormality…tissueatriskCBVshowlittleabnormality…tissuelikelycanbesave腦腫瘤CT灌注成像CTtovaluatethebloodflowandmetabolismsinbreastcancer

tumorcenterTumorcircumferencenormalbreastBF60.46

77.48

9.39BV37.41

48.39

5.43PS40.95

63.98

11.24心功能評(píng)價(jià):(1)、心臟容積測(cè)量：CT全心室橫斷連續(xù)掃描重建能三維測(cè)量心臟容積；(2)、射血分?jǐn)?shù)測(cè)定：在舒張和收縮末期通過(guò)容量重建來(lái)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)心功能參數(shù)如左右心室射血分?jǐn)?shù)。(3)、心肌壁厚度測(cè)量(4)、心肌灌注成像(5)、心臟電生理分析最近研究表明MSCT對(duì)心功能參數(shù)的分析結(jié)果與左心室造影所獲得的金標(biāo)準(zhǔn)有很好相關(guān)性。心功能評(píng)價(jià)

智能化心功能圖像處理心功能評(píng)價(jià)

ReportGeneration：LVVolumeCurve&EjectionFractionWallMotionWallThicknessMyocardialMassCine/MovieViews3、PET－CT功能顯像PET對(duì)大腦功能區(qū)的定位正常心肌PET血流灌注顯像PET13N-NH心肌顯像4、SPECT的功能顯像SPECT的功能顯像主要包括局部腦血流(regionalcerebralbloodflow，rCBF)和心肌灌注顯像。癲癇：SPECT明確顯示左側(cè)顳葉海馬硬化，與病理結(jié)果一致，但MRI顯示正常灌注－代謝均減低（匹配），提示局部為心肌壞死（箭頭示）99mTc-MIBI心肌灌注顯像示：局部心肌血流灌注減低18F-FDG心肌代謝顯像示：心肌18F-FDG代謝減低5、超聲功能成像超聲功能成像是功能成像的重要組成部分，其顯著特點(diǎn)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：心血管的功能成像腹部實(shí)質(zhì)性臟器的血管功能成像（二）、分子影像學(xué)概念及其應(yīng)用1999年Weissleder將分子影像學(xué)定義為：“在活體內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞和分子水平生物過(guò)程的描述和測(cè)量，即著眼于探測(cè)構(gòu)成疾病基礎(chǔ)的分子異常，最終對(duì)由這些分子異常改變所構(gòu)成的結(jié)果進(jìn)行成像”。我們的定義：“利用分子手段檢測(cè)組織和器官代謝變化，并將這種變化用影像手段顯示出來(lái)作為早期特異性診斷疾病的依據(jù)”。分子影像學(xué)顯像設(shè)備及技術(shù)

Micro-PET細(xì)胞凋亡顯像1、磁共振分子成像－MRS磁共振波譜(magneticresonancespectrum，MRS)是最典型的分子成像技術(shù)，因?yàn)樵诜肿铀缴现苯臃从炒x變化并用波譜和影像表達(dá)出來(lái)。MRS為研究組織代謝和功能的無(wú)創(chuàng)性方法，常用的原子核有：31PMRS，主要用于能量代謝的研究；1HMRS主要檢測(cè)膽堿、肌酸、脂肪、氨基酸、酮體及乳酸等代謝物質(zhì)。MRS在腦功能方面主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：（1）腦內(nèi)氧化反應(yīng)的定量分析及神經(jīng)元死 亡的判斷。（2）對(duì)神經(jīng)元破壞范圍的描述和評(píng)估。（3）細(xì)胞膜的改變。（4）腦病的特征性代謝改變。

31PMRS還用于心肌等部位的能量代謝的檢測(cè)；1HMRS還用于前列腺的疾病診斷。尸體染色顯示腦干核團(tuán)中的鐵3TMRI顯示腦干核團(tuán)中的鐵腎上腺腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良腦腫瘤MRI波譜分析腦腫瘤MRI波譜分析腦膜瘤的氫質(zhì)子波譜:NAA降低，Cho升高

體表線圈前列腺波譜成像前列腺癌MR波譜(R)

2、PET－CT分子成像是利用發(fā)射正電子的放射性核素進(jìn)行器官斷層顯像的設(shè)備。它以18F、11C、13N、15O等放射性示蹤劑（生物探針）標(biāo)記化合物進(jìn)行全身組織器官血流灌注、氧耗量、葡萄糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪代謝以及受體等顯像。PET分子顯像的主要優(yōu)缺點(diǎn)：(1)、PET可以動(dòng)態(tài)地獲得較快(秒級(jí))的動(dòng)力學(xué)資料，能夠?qū)ι砗退幚磉^(guò)程進(jìn)行快速顯像；(2)、PET具有很高的靈敏度，能夠測(cè)定感興趣組織中p－摩爾甚至f-摩爾數(shù)量級(jí)的配體濃度；(3)、PET可以絕對(duì)定量，盡管經(jīng)常使用半定量方法，但也可以使用絕對(duì)定量方法測(cè)定活體體內(nèi)生理和藥理參數(shù)；(4)、PET采用示蹤量的PET藥物(顯像劑)，不會(huì)產(chǎn)生藥理毒副作用”。不足：特異性示蹤劑不能顯示靶分子以外的組織，空間分辨率低，定量分析計(jì)算復(fù)雜，有一定的假陽(yáng)性和假陰性。高分辨率腦FDGPET-3D顯像18F－FDGPET－CT顯示強(qiáng)迫癥手術(shù)治療前后的大腦額葉代謝變化18F－FDGPET－CT顯示胰腺癌11C-MET與18F-FDGPET顯像

分布特點(diǎn)對(duì)比

11C-MET18F-FDG肺癌腦轉(zhuǎn)移PET與MRI比較11C-MET18F-FDG18F-FDGC＋MRIPET顯像：FDG和MET比較病理證實(shí)Ⅱ級(jí)星形細(xì)胞瘤FDG無(wú)法顯示腫瘤MET清楚顯示腫瘤CTPET早期肺癌的FDGPET顯像CTPET/CTContrastCTPET/CTPET/CTtovaluatethebloodflowandmetabolismsinbreastcancer

18F－多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PET顯像劑假陽(yáng)性和假陰性

客觀認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)價(jià)值,不要神化。誤診假陽(yáng)性假陰性曾診斷為肺癌，病理證實(shí)：結(jié)核

假陰性

胸腺瘤術(shù)后胸壁轉(zhuǎn)移假陽(yáng)性：良性病變，纖維結(jié) 腸鏡病理證實(shí)息肉假陽(yáng)性：PET淋巴瘤縱隔內(nèi)及雙側(cè)腹股溝多發(fā)腫大淋巴結(jié)病理證實(shí)炎性反應(yīng)性增生。假陽(yáng)性：PET肝膿腫假陽(yáng)性－炎性假瘤

假陰性：FDGPET定性困難－病理：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤3、SPECT分子成像SPECT分子顯像主要包括腦代謝顯像和腦神經(jīng)受體顯像。4、分子靶向顯像分子靶向顯像是現(xiàn)代腫瘤診療領(lǐng)域的突破性成果，代表了目前腫瘤分子生物學(xué)診斷和治療最新發(fā)展方向。將11C標(biāo)記在易瑞沙或與易瑞沙結(jié)構(gòu)類似的藥物上，利用PET顯像，在體外可通過(guò)放射性分布情況判斷腫瘤是“喜”Iressa還是“厭”Iressa。11C-PD15303511C-Iressa光學(xué)成像方法較多，主要有彌散光學(xué)成像、多光子成像、活體顯微鏡成像、近紅外線熒光成像及表面共聚焦成像等。5、光分子成像技術(shù)6、超聲分子成像是近幾年超聲醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。它是利用超聲微泡造影劑介導(dǎo)來(lái)發(fā)現(xiàn)疾病早期在細(xì)胞和分子水平的變化，有利于人們更早、更準(zhǔn)確地診斷疾病。通過(guò)此種方式也可以在患病早期引導(dǎo)基因治