分子影像概論molecularImagingRuralPopulationUrbanPopulationTheTop10Diseases&DeathRateinChina,20062006年中國腫瘤相關死亡率154.48CAD107.87，CVD101.88/10萬人AnatomyBiologyDensityPerfusionMetablismReceptor

functionGeneexpressionFunctionX-rayCTContrastkineticsAngiographyGammaGameraEchocardiographySPECTMRIMRIspectroscopyMicro-PETMicro-MRIMolecule-anatomyfusionimagingPETPET-CTOpticalimagingMoleculeImaging醫學影像發展Disease生理生化改變基因表達受體變化解剖結構異常功能代謝異常受體變化分子影像為觀察機體某一特定病變部位的生化過程變化提供了一個窗口?MRPET/CTP53geneCT，MR臨床癥狀體征現代影像代謝基因解剖形態

血流功能What’smolecularimaging?21stCenturyMoleculeNuclearMedicine&MolecularImaging什么是“分子影像”(molecularimage)？可以理解為“顯示正常與病變組織細胞的生理與生化信息的影像”分子影像實質上就是“生化影像”在疾病的形成過程中，病變細胞基因的異常表達、受體密度的變化以及代謝活性的異常，都是細胞某種生化改變的過程，由生化的改變導致功能改變，繼而產生解剖學結構與形態的改變分子影像的主要內容核醫學：代謝顯像、受體顯像、基因顯像、多肽藥物顯像、凋亡顯像、單抗放射免疫顯像等磁共振分子成像熒光分子成像超聲分子成像（超聲微泡等）臨床前分子影像設備

Micro-PET、Micro-CT、

Micro-MRI、Micro-PET/CT臨床前分子影像研究為分子影像學逐步走向成熟，并真正應用到新藥的開發研究、生物治療的臨床前期研究及疾病的分子診斷有重要作用。ThemaincontentofmolecularImagingCTUSMRINuclearImagingOpticalImagingMRIUSNuclearImaging當今主要的影像技術核醫學影像是當今最成熟的分子影像技術molecularnuclearmedicine核醫學和分子生物學技術進一步發展和相互融合而形成的新的核醫學分支。應用核醫學的示蹤技術從分子水平認識疾病，闡明病變組織受體密度與功能的變化、基因的異常表達、生化代謝變化及細胞信息傳導等。為臨床診斷、治療和疾病的研究提供分子水平信息。MolecularNuclearMedicineisthefurtherdevelopmentofnuclearmedicineandmolecularbiologytechnologyintegrationandtheformationofthenewbranch.

1995年Reba在美國核醫學雜志“分子核醫學”增刊序言中寫道：“分子核醫學的進展從現在起將生動地影響今后的醫學實踐”。核醫學的特點是以示蹤原理為基礎的，而示蹤本來就是“分子的”。某些方面已經進入臨床應用階段，但是作為分子核醫學這門分支學科還處于發展的初始階段，還有待進一步完善，許多重要的技術和方法要應用于臨床還有很長的路要走，還需要多學科的共同協作和相互融合。分子核醫學起源核醫學分子影像的理論基礎分子識別是這一新興領域發展的重要理論基礎。在分子核醫學有關的技術中，盡管不同的技術和研究手段，其依據的方法學原理各不相同，但是其共同的理論基礎就是“分子識別,molecularRecognise”。分子識別Antigen—antibodyLigand—receptorPolypeptide—targetcellAntisenseprobe—carcinomagene(Complementarynucleotide核苷酸堿基互補)Enzyme—substrate

分子識別是分子核醫學重要理論依據molecularrecognise

GlutreportertherapeuticmRNAHSV1-tkreceptorantigenLabeledligandAbASON18F-FDGGlucosemetabolismprobeProteinmetabolismAminoacidmetabolismhexokinasegene細胞分子靶與探針CellularmoleculetargetandprobeAnnexinVCell

Molecularimaging

isthevisualization,characterization,andmeasurementofbiologicalprocessesatthemolecularandcellularlevelinhumansandotherlivingsystems.

2007SNM分子探針=放射性藥物（示蹤劑）

放射性核素+載體分子（物理、化學、生物）分子探針是分子影像的靈魂和專長生物學兼容性：在體內參與正常生理代謝過程能克服體內的生理屏障（血腦屏障，血管壁，細胞膜等）與靶分子結合有高度靈敏、特異性有適當的擴增能力小分子探針：受體配體，生物酶等大分子探針：單抗等分子探針的要求放射性核素示蹤技術生物技術＋受體與配體基因技術細胞功能與代謝受體功能分布密度異常抗原表達基因異常表達顯示報告基因代謝增高與減低細胞活性與凋亡免疫學技術受體顯像受體放射分析放射免疫顯像反義顯像基因顯像代謝顯像凋亡顯像代謝顯像(metabolismimaging)代謝顯像是分子核醫學最為成熟的技術，并已廣泛應用于臨床診斷18氟-脫氧葡萄糖（18F-FDG）Wagner教授將FDG命名為moleculeofthecenturyDNA取名為“千年分子”。18F-FDG代謝顯像臨床應用Tumor神經與精神心肌活性Earlydiagnosis,staging,recurrenceandmetastasis,efficacy

神經、精神疾病、腦功能研究，不同生理刺激或思維活動狀態腦皮質的代謝，腦行為研究區別心肌壞死、冬眠心肌，為冠心病血運重建治療提供依據，是判斷心肌細胞活性的“金標準”POSITRON

EMISSION

TOMOGRAPHY

正電子發射斷層顯像（PET）PET的原理當正電子核素或正電子核素標記的化合物注入人體內后，它們隨血液循環分布至全身。由于正電子核素為貧中子核素，它們在衰變的過程中，質子衰變為中子，同時發射出1個正電子β+，正電子在組織中飛行極短的距離后便與周圍組織內的電子相遇并發生湮沒輻射，正、負電子消失，其物質轉變為2個方向相反（互成180°）、能量皆為511keV的γ光子，穿透人體并被環繞人體的PET掃描儀探測到。PET掃描儀利用γ光子對的直線性和同時性兩個特性來進行符合探測，然后通過圖像重建處理，得到的斷層圖像便為PET圖像。CTPETCTPETGEPhilipsSiemens青海外均已（將）有PET/CT2008年PET/CT11.59萬例GE 58臺Siemens 42臺Philips 16臺中國核醫學事業五十年協和PET中心中國大陸PET的分布北京5山東4天津2上海5浙江2福建3廣東5重慶2陜西3黑龍江2香港6臺灣8PET-CT遼寧2江蘇1四川1新疆1吉林3河北1廣西1湖南1河南1北京20臺/11臺/17家天津4臺/4家陜西4臺/4家山東7臺/7家廣東13臺/12臺/13家黑龍江4臺/4家湖北2臺/1臺/2家遼寧3臺/3家上海10臺/8臺/10家福建6臺/6家浙江5臺/5家新疆1臺/1家河南4臺/3臺/4家內蒙1臺/1家吉林3臺/3家云南2臺/1臺/2家河北5臺/4臺/5家廣西2臺/1臺/2家江西1臺/1家重慶2臺/2家安徽3臺/2臺/3家西藏1臺/1家2009年政府、軍隊新購30+臺山西2臺/1臺/2家四川3臺/3家江蘇10臺/8臺/10家湖南1臺/1家PETinUSA目前大約有近2000臺用于臨床約有一半為車載移動式PET多種腫瘤已入醫保報銷范疇SEATTLEPORTLANDSACRAMENTOPALOALTOLATCIRVINEPHOENIXDENVERMINNEAPOLISOMAHAPETNetDistributionCenterNewcenterunderconstructionin2001NewcitiesunderdevelopmentKANSASCITYDALLASHOUSTONNEWORLEANSFT.LAUDERDALETAMPAJACKSONVILLECOLUMBIARALEIGHPEORIADETROITKNOXVILLENASHVILLEPITTSBURGHNEWYORKBOSTONALBANYPHILADELPHIALOUISVILLECINCINNATILITTLEROCKST.LOUISCHICAGO韓國43臺

PET/CT31PET12PET中心35PETCenters2004(35sites)KoreaLocationofPETCentersinJapan（2004）200sites放射性核素顯像劑顯像設備正電子核素11C20.4min

13N10min

15O2.05min

18F109.6min

F-18-FDG專用合成系統C－11化學合成系統PET腫瘤顯像劑

原理正電子顯像劑

糖代謝加速

18F-FDG，11C-Glu蛋白合成加速

11C-蛋氨酸

11C-棕櫚酸

11C-酪氨酸

18F-酪氨酸DNA合成加速

11C-胸腺嘧啶（細胞增殖）

18F-溴尿嘧啶

18F-氟脫氧尿嘧啶乏氧

18F-FDG

18F-MisonidazolePET腫瘤顯像劑

原理正電子顯像劑血流增多

H215O（血管形成）

62Cu-PTSM抗原表達

64Cu-抗體

124I-抗體受體表達雌激素受體18F-17β-estradiol

生長抑素受體18F-Octreotide，RGD癌基因表達

18F-8fluoroacyclovir（FACV）（HSV1-tk）

18F-8fluoroganciclovir（FGCV）18F-氟脫氧葡萄糖18F-FDG

葡萄糖和18F-FDG的分子結構比較

目前最常用的PET顯像劑原理FDG的結構類似于葡萄糖，被細胞膜上與轉運葡萄糖相同的轉運體葡萄糖轉運蛋白(glucosetransporters，GLUT)轉運入細胞，代謝過程開始類似于葡萄糖的糖酵解過程，被磷酸化為6-磷酸葡萄糖，但不再參與進一步的糖代謝，而是停留在細胞內。

18FDG18FDG18FDG-6P血管腫瘤細胞K1K2GlucosetransporterproteinK3K4HexokinaseGlucose-6-phosphatase18FDG-1-PGlycogen18F-fru-6-PGlycolysis18FDG-6-phospho-glucono-lactoneHMPshuntFDG攝取機理a、腫瘤細胞

增殖速度、分化程度、細胞密度（胃、大腸、胰腺等腫瘤中纖維及黏液成分含量多，而細胞數量少）。b、免疫細胞(巨噬細胞、白細胞、淋巴細胞等)，受發熱物質、細菌等刺激活化，糖的代謝增加，發生防御反應。

c、肉芽組織（纖維母細胞增生、血管新生）。d、膿腫等厭氧環境，糖的酵解，發生糖的利用。融合顯像

(fusionimaging)CompleteinformationiscriticalWeneeddataderivedfromallresourcesAnatomyMetabolismCT在分子影像中的作用anatomicalpositionattenuationcorrectionPET/CTCTroleinthemolecularimagingPET/CT的適應癥·惡性腫瘤

腫瘤的早期診斷和鑒別診斷腫瘤的分期和轉移灶探察腫瘤放療或術后復發與瘢痕組織的鑒別療效檢測和預后判斷尋找轉移瘤的原發灶

指導制定放療計劃，提供最優化的放療劑量

18F-FDGPET在腫瘤學的臨床價值1993-2000.6419報告平均靈敏度（18402例）84%平均特異性（14264例）88%平價改變治療方案（5062例）30%

目前的PET/CT將有明顯改善。

JNuclMed2001;42(suppl)·

心血管系統存活心肌評價的金標準定量診斷心肌缺血血運重建術療效評價·神經系統癲癇灶的定位癡呆的早期診斷和鑒別診斷精神疾病的診斷和鑒別診斷全身健康檢查

0.5％-2.0%

新藥研制評價療效評價PET1晚期反應開始治療治療結束預測治療效果療效評價

早期反應PET2PET3分期淋巴瘤分子影像：療效判斷

圖片分析圖像判讀原則

定性：分布、數量、程度定量：SUV（>2.5）

臨床表現其它影像學檢驗結果全身正常影像肺癌PET-CT影像患者男52歲，直腸癌（中分化腺癌）術后一年肺轉移肺腺癌

胃小彎側胃壁示蹤劑攝取肝內示蹤劑攝取，CT斷層顯像無明顯異常軟組織密度結節未見攝取縱隔內示蹤劑攝取縱隔內異常攝取定位在食管（鱗癌）