分子影像学研究进展

何炜璐

1 引言

分子影像学是指在活体状态下，在细胞和分子水平上，应用影像学方法对人或动物体内的生物学过程成像，进而开展定性和定量研究的一门学科。随着分子生物学研究的飞速发展，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 （Molecular Imaging）应运而生[3]。与传统影像学对比，分子影像学着眼于生物过程的基础变化，而不是这些变化的最终结果。分子影像技术被用于研究结构学（空间），化学（试剂），动力学（时间）以及物理学（能量、光学、位相、偏振）等领域。

如今各个基础学科的高速发展，分子影像学这门新兴的交叉学科越来越受到研究学者的重视，分子影像学的发展也极为迅速，技术与应用繁多。本文对分子影像学研究进展展开综述，以期为今后分子影像学的研究提供参考。

2 成像技术

分子影像学的成像技术有多种，根据所用影像学检查手段的不同，其中应用最多的分子影像学技术可分为光学分子成像、超声分子成像和磁共振分子成像等。每项成像技术都有其优劣势，如光学分子成像技术有无创、灵敏、安全、可重复成像的优点，但光学成像技术的透入深度有限、穿透力差，还待进一步改善;超声成像技术具有无创、安全、方便、廉价、的优点，但分辨率与清晰度较低;核医学成像具有较高的敏感性非常适合体内成像，但是它有一定辐射;磁共振分子成像具有无创、无辐射、多平面和多序列成像、软组织分辨率高等优点[24]，但是敏感性较差。

2.1光学分子成像

光学分子成像是在基因组学、蛋白质组学和现代光学成像技术的基础上发展起来的新兴研究领域，其突出特点是非侵入性地对活体内参与生理和病理过程的分子事件进行定性或定量可视化观察。光学分子成像是一种采用生物发光和荧光燃料进行活体动物体内标记目的细胞，通过光学成像仪器对生物体内细胞生物学活动进行检测的的一种技术。

2.2超声分子成像

超声分子成像是以现有的超声医學超声成像为基础而形成的新的成像技术[35]，超声分子影像是指在靶向性的超声造影剂作为介导，配体连接在造影剂的表面，能够通过血液到达特定靶区，细胞经过微泡造影剂的吸附后，可提高靶向细胞的成像信号。

2.3核医学成像

分子影像学研究的初级阶段，主要是核医学成像，核医学成像的灵敏度极高，是目前最成熟的分子成像技术。核医学成像的成像原理是通过注射放射性核素标记物，然后利用成像设备对活体显像，能够无创地在分子水平监测体内生物学活动，核医学的成像模式主要分为直接显像和间接显像。

2.4磁共振分子成像

磁共振分子成像技术是以特殊分子作为成像依据，定性或定量研究生物组织内基因表达、代谢活性高低及细胞内生物活动状态等结构及功能变化的生理过程，将非特异性物理成像转为特异性分子成像，进而能在活体状态下监测病变发展过程，研究病理机制[42]，在基因治疗后、表型改变前评价治疗的早期效能，所以评价疾病的指标更加完善和具备特异性，可提供较传统的组织学检查更立体、快速的三维信息[43]。

3成像技术研究进展

3.1光学分子成像研究进展

光学分子影像学技术作为分子影像学的重要组成部分，光学成像技术具有高灵敏度、高时间与空间分辨率、多参量检测和低损伤等优点[15]。目前，光学成像技术已成为肿瘤诊断、治疗、疗效判断及抗肿瘤药物筛选等研究领域中不可缺少的工具[16]。光学成像技术能在生物体内实现高灵敏度与精准性的肿瘤成像是传统影像不可比拟的。并且光学成像技术还广泛应用在临床转化与医疗实践中，光学多模态成像、切伦科夫发光成像和光学成像可用于指导外科手术[17、18]。在分子成像时期，光学技术对促进高灵敏度医学诊断及个体化治疗的发展具有很大的前景，虽然如今其无法橡CT、PET、MRI一样在临床广泛推广，但是他在临床前的研究已经得到了广泛的应用、这加快了研究者的研究脚步，光学分子成像成为如今最有希望成为临床应用主力的成像技术。

3.2超声分子成像研究进展

超声分子成像是以现有的超声医学超声成像为基础而形成的新的成像技术，利用具有靶向性的造影剂为探针，来检测血管内皮细胞分子表达变化。经过微泡造影剂的吸附后，可提高靶向细胞的成像信号，经过特定的序列检查，对早期的肿瘤、动脉粥样硬化等病变有极高的敏感性。超声分子成像目前正处于起步发展阶段，因为它安全，方便操作，能够实时成像，拥有良好的空间分辨率和检测深度[20]，可以应用超声分子成像技术来观察靶区在组织水平、细胞及亚细胞水平的成像，以此反映病变区组织在分子基础方面的变化，能够对肿瘤疾病、心血管疾病等进行特异性成像，所以超声分子成像技术在评估肿瘤与心血管疾病等方面极有应用价值。如今，不止是有微泡造影剂还对多功能的超声造影剂进行了研究，多功能的造影剂能够提高传统造影剂的成像精准性，随在动物实验中已经取得了可人的成绩，超声分子成像成为最有希望率先从实验室进入临床的检查手段[21]。

3.3核医学成像研究进展

分子影像学研究的初级阶段，主要是核医学成像。核医学成像的成像原理是通过注射放射性核素标记物，然后利用成像设备对活体显像，能够无创地在分子水平监测体内生物学活动，核医学的成像模式主要分为直接显像和间接显像。核医学成像在分子影像学中占据了非常重要的位置，虽然中国对核医学影像的研究起步较晚，但是如今的研究已可用于检测肿瘤诊断、心血管疾病诊断等。核医学成像技术（PET和SPECT）在临床上现已使用检测高糖代谢的分子探针（FDG），同时SPECT的研制工作已经取得一定的成果，该技术有较高的敏感性非常适合体内成像，但是它有一定的辐射和空间分辨率不高的缺点。随着核医学检查技术不断发展，在成像的操作过程中也不可避免辐射，所以在进行操作是应该制定科学的防护策略。目前，核医学成像在临床上，已广泛应用于肿瘤、神经系统疾病、心脑血管疾病的早期诊断;在疾病病理学研究、肿瘤治疗效果评估、药物研发等领域，核医学成像也发挥着越来越大的作用。

3.4磁共振分子成像研究进展

磁共振是一种无创性检查技术，与分子生物学存在一定关系，磁共振分子成像在临床疾病的诊断中一直是重要的角色，特别是近年来磁共振技术发展迅速，磁共振分子成像也发展的更加快速。磁共振分子成像多应用于基础研究领域，且主要应用于临床前研究，其在基因显像、血管生成、疾病的早期诊断、疗效评估及药物筛选等方面已取得可喜的研究成果。随着现代影像学技术和分子生物学技术的日益发展，基于MRI的分子影像学也得以快速发展。利用各类分子探针，不但可用于肿瘤及非肿瘤疾病靶向诊断、治疗及疗效评价，还可以用于细胞监测和追踪、基因治疗等[47]目前，磁共振肿瘤分子成像目前仍处于动物实验或临床前试验阶段，所以需要研究开发出新的更加安全的探针，更敏感的设备，才能使磁共振分子成像技术够尽早投入临床使用，为肿瘤病人提供早期的诊断，更好的把握治疗时期。

4展望

分子影像学作为一门新兴的交叉学科，在国内学者共同的研究下已经取得了许多令人欣喜的成果。有关分子影像学相关的研究与应用，虽然更多的是在临床前研究和动物实验，但是在不久的将来随着成像设备的发展、新型分子探针的制备，分子影像学能够更多的在临床上广泛的运用，能成为疾病预防与治疗的重要纽扣。更多的分子探针进入临床前研究阶段，为临床提供了更好的选择。随着研究的不断深入，分子影像学有望给医学的检测带来研究参考。

参考文献：

[1]申宝忠，王维.分子影像学2011年度进展报告[J].中国继续医学教育，2011，3（08）：132-157+166.

[2]田新华，康志臣，刘建华.分子影像学研究进展[J].中国实验诊断学，2013，17（08）：1543-1544.