14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 分 子 影 像 技 术 1. 分 子 影 像 的 基 本 原 理 2. 分 子 影 像 探 测 方 法 3. 核 医 学 分 子 成 像 4. 磁 共 振 分 子 成 像 李 永 杰 电 子 科 技 大 学 生 命 学 院
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 一 分 子 影 像 学 现 在 的 CT MRI MRI B 超 等 技 术 已 经 充 分 满 足 了 观 察 解 剖 结 构 的 要 求 许 多 错 综 复 杂 的 临 床 问 题 已 经 不 能 用 单 纯 的 解 剖 结 构 变 化 来 解 释 医 学 影 像 学 已 经 发 展 可 以 观 察 人 体 内 分 子 水 平 的 变 化, 可 以 用 影 像 的 形 式 从 分 子 水 平 展 示 正 常 及 病 变 组 织 的 结 构 和 功 能 变 化 信 息, 可 进 行 细 胞 和 分 子 水 平 上 生 物 进 程 的 体 内 描 述 和 测 量, 称 为 分 子 影 像 学
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 二 基 本 原 理 分 子 影 像 (molecular( imaging) ) 是 指 通 过 把 分 子 和 细 胞 生 物 学 探 针 与 现 代 精 密 仪 器 ( 如 SPECT PET PET PET-CT CT NMR 等 ) 结 合, 对 活 体 生 物 或 人 体 内 的 分 子 或 细 胞 事 件 ( 如 细 胞 内 信 号 传 导 血 管 生 成 细 胞 凋 亡 和 肿 瘤 生 成 等 ) 进 行 实 时 和 非 侵 入 式 ( 无 损 伤 ) 的 成 像 技 术 分 子 影 像 技 术 对 于 生 物 学 的 研 究 以 及 疾 病 的 诊 断 和 治 疗 具 有 重 要 意 义
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 以 肿 瘤 为 例, 常 规 的 医 学 影 像 技 术 通 常 检 测 病 灶 的 物 理 形 状, 主 要 反 映 的 是 肿 瘤 疾 病 的 后 期 状 况 ; 而 分 子 影 像 学 则 可 能 在 还 没 有 出 现 临 床 症 状 时, 检 测 肿 瘤 早 期 疾 病 的 生 物 学 特 性, 如 癌 前 分 子 改 变 基 因 变 化 肿 瘤 细 胞 标 志 物 生 长 动 力 学 等, 它 为 肿 瘤 的 早 期 诊 断 提 供 了 可 能 性
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 三 分 子 探 针 分 子 影 像 技 术 的 特 点 是 检 测 和 观 察 人 体 内 部 的 某 种 特 定 的 分 子 在 大 多 数 情 况 下, 分 子 影 像 技 术 是 选 择 某 一 种 分 子 从 体 外 注 入 到 体 内, 它 们 在 人 体 内 部 参 与 生 理 活 动, 并 且 和 体 内 细 胞 中 的 另 一 种 特 定 的 分 子 相 结 合 这 种 体 外 注 入 的 分 子 的 作 用 就 是 到 人 体 内 部 参 与 生 理 活 动, 并 且 探 查 人 体 内 部 某 种 特 定 的 分 子 因 此 这 种 注 入 的 分 子 称 为 分 子 探 针
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 为 了 使 的 分 子 探 针 能 够 起 到 示 踪 的 作 用, 使 得 在 体 外 能 够 探 测 到 分 子 探 针 在 体 内 的 分 布 情 况, 有 时 在 分 子 影 像 技 术 中 使 用 放 射 性 核 素 来 标 记 分 子 探 针 即 通 过 某 中 技 术 把 放 射 性 核 素 和 分 子 探 针 结 合 起 来, 使 得 分 子 探 针 带 上 特 殊 的 标 记 物,, 可 以 在 体 外 测 量 这 些 标 记 物 发 射 的 射 线, 进 而 对 分 子 进 行 成 像 ( 类 似 利 用 警 犬 追 捕 逃 犯 )
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 通 常 用 放 射 性 核 素 标 记 的 分 子 探 针 是 一 些 化 合 物, 它 们 可 以 在 人 体 内 部 运 转 和 吸 收, 参 与 体 内 的 各 种 生 理 活 动 由 于 一 定 的 靶 分 子 通 常 是 集 中 在 人 体 某 些 组 织 中, 当 分 子 探 针 和 靶 分 子 结 合 起 来 之 后, 使 这 些 标 记 化 合 物 在 体 内 一 些 特 定 的 组 织 中 分 布 和 聚 集 对 放 射 性 核 素 的 要 求 :(1)) 能 够 与 分 子 探 针 紧 密 结 合 ( 不 能 脱 落, 否 则 会 产 生 假 象 ); (2)) 放 射 线 具 有 一 定 的 能 量 ;(3) ) 半 衰 期 长 短 合 适
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14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 分 子 探 针 的 选 择 : (1)) 根 据 医 学 诊 断 的 要 求, 确 定 所 要 研 究 的 体 内 靶 分 子 ( 比 如 和 某 种 疾 病 相 关 的 分 子 ); (2)) 然 后 再 选 择 与 靶 分 子 特 异 性 结 合 的 分 子 作 为 分 子 探 针 ; 所 谓 特 异 性 结 合, 就 是 只 和 特 定 的 靶 分 子 结 合, 而 不 会 和 其 它 无 关 的 分 子 结 合 起 来 ( 有 点 象 钥 匙 和 锁 的 关 系 ) (3)) 分 子 探 针 必 须 对 人 体 无 害, 没 有 副 作 用
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 不 同 水 平 的 靶 和 一 个 细 胞 内 靶 的 数 量
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 四 结 构 成 像 功 能 成 像 与 分 子 成 像 结 构 成 像 : 针 对 活 体 内 部 的 结 构 ( 如 骨 骼 形 状 脑 白 质 分 布 等 ) 来 成 像, 给 出 活 体 内 部 结 构 的 图 像 ; 一 般 是 静 态 成 像 ; 功 能 成 像 : 针 对 活 体 内 部 的 功 能 ( 如 血 流 速 度 葡 萄 糖 代 谢 等 ) 来 成 像, 给 出 活 体 内 部 功 能 的 图 像 ; 一 般 是 动 态 成 像 ; 在 进 行 功 能 成 像 时, 通 常 也 要 进 行 结 构 成 像 主 要 是 因 为 目 前 功 能 成 像 的 图 像 不 如 结 构 成 像 的 图 像 清 晰 通 常 是 用 结 构 图 像 作 为 功 能 图 像 中 功 能 定 位 的 参 考
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 功 能 成 像 和 人 体 内 部 分 子 有 关 系 比 如, 在 fmri 血 流 成 像 时, 成 像 结 果 对 血 流 中 的 含 氧 量 的 水 平 比 较 灵 敏 ; 在 fmri 葡 萄 糖 代 谢 成 像 时, 成 像 结 果 对 葡 萄 糖 分 子 的 代 谢 比 较 灵 敏
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 功 能 成 像 就 是 分 子 成 像 吗? NO. 主 要 区 别 在 于, 功 能 成 像 通 常 没 有 特 异 性, 而 分 子 成 像 要 求 有 特 异 性 分 子 成 像 技 术 中 要 求 的 特 异 性, 是 指 只 对 人 体 内 部 特 定 种 类 的 分 子 来 拍 照 传 统 的 医 学 影 像 技 术 中, 是 以 人 体 内 部 的 物 理 特 性 ( 如 物 质 密 度 散 射 本 领 质 子 密 度 等 ) 或 生 理 特 性 ( 如 血 流 量 葡 萄 糖 代 谢 率 等 ) 作 为 成 像 对 比 度 的 源 没 有 特 异 性
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 1 分 子 影 像 的 基 本 原 理 比 如 fmri 血 流 成 像, 即 使 测 量 到 人 体 某 个 部 位 的 血 流 有 异 常, 但 无 法 确 定 这 是 由 体 内 哪 些 分 子 的 异 常 活 动 引 起 的, 即 诊 断 的 特 异 性 不 够 高, 所 以 不 能 说 是 分 子 成 像 由 此 可 见, 功 能 成 像 技 术 ( 宏 观 ) 还 不 够 理 想, 需 要 把 现 在 的 功 能 成 像 技 术 再 进 一 步 需 要 发 展 在 分 子 水 平 上 对 人 体 内 部 特 定 分 子 进 行 拍 照 的 新 技 术 分 子 影 像 技 术 ( 微 观 ) 在 分 子 影 像 技 术 中, 是 以 特 定 的 分 子 作 为 成 像 对 比 度 的 源 由 于 分 子 探 针 只 指 示 出 特 定 的 靶 分 子, 所 以 成 像 的 对 比 度 可 以 很 高
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 技 术 1. 分 子 影 像 的 基 本 原 理 2. 分 子 影 像 探 测 方 法 3. 核 医 学 分 子 成 像 4. 磁 共 振 分 子 成 像
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 2 分 子 影 像 探 测 方 法 一 分 子 影 像 技 术 常 用 的 探 测 方 法
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 2 分 子 影 像 探 测 方 法 1. 核 探 测 方 法 (PET( PET SPECT 等 ) 用 放 射 性 核 素 标 记 分 子 探 针 并 进 行 分 子 成 像 探 测 灵 敏 度 高 ( 指 仪 器 探 测 体 内 少 量 分 子 的 能 力 ) 2. 核 磁 共 振 方 法 (MRS( 等 ) 基 于 BOLD 原 理 的 fmri 测 量 的 是 血 氧 水 平 情 况, 缺 乏 特 定 化 学 分 子 的 特 异 性 核 磁 共 振 波 谱 (MRS( MRS) 测 量 的 是 化 合 物 分 子 情 况 的 改 变 引 起 的 化 学 位 移, 具 有 分 子 特 异 性
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 2 分 子 影 像 探 测 方 法 3. 光 学 方 法 ( 红 外 透 照 技 术 红 外 热 图 等 ) 光 学 成 像 方 法 一 般 利 用 近 红 外 光 作 为 光 源, 测 量 从 体 内 穿 出 的 光 可 以 了 解 近 红 外 光 在 体 内 的 传 播 情 况 波 谱 分 布 可 以 反 映 体 内 分 子 的 情 况
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 1 分 子 影 像 技 术 1. 分 子 影 像 的 基 本 原 理 2. 分 子 影 像 探 测 方 法 3. 核 医 学 分 子 成 像 4. 磁 共 振 分 子 成 像
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2 3 核 医 学 分 子 成 像 一 关 于 PET 和 SPECT 都 是 记 录 γ 射 线 来 成 像, 或 是 放 射 性 核 素 发 射 的 γ 射 线 (SPECT( SPECT), 或 是 放 射 性 核 素 中 的 正 电 子 与 组 织 内 的 负 电 子 相 遇 发 生 湮 灭 反 应 发 射 的 γ 射 线 (PET( PET) 通 常 用 闪 烁 晶 体 ( 成 为 闪 烁 计 数 器 或 闪 烁 探 测 器 ) 记 录 吸 收 γ 射 线, 并 转 换 成 可 见 光 ; 然 后 光 电 倍 增 管 转 换 成 电 信 号 进 行 记 录
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14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2 3 核 医 学 分 子 成 像 二 PET 影 像 分 辨 率 的 极 限 :
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2 3 核 医 学 分 子 成 像 正 电 子 湮 灭 作 用 过 程 中 粒 子 的 动 量 的 变 化 会 导 致 511 kev 光 子 在 探 测 野 中 产 生 约 4 弧 度 的 不 确 定 性 偏 离 对 探 测 环 横 断 面 视 野 直 径 为 70cm 的 PET, 会 导 致 2-3mm 的 位 置 不 确 定 性 这 一 微 小 偏 差, 以 及 正 电 子 发 射 位 置 与 湮 灭 辐 射 的 发 生 点 之 间 存 在 微 小 间 距, 使 PET 的 分 辨 率 有 一 极 限 值 制 约 对 大 视 野 (FOV( FOV)PET 而 言, 最 高 分 辨 率 约 为 3-4mm
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2 3 核 医 学 分 子 成 像 PET( 人 体 ) 影 像 分 辨 率 的 极 限 约 为 :~2mm
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2 3 核 医 学 分 子 成 像 三 关 于 能 谱 测 量 的 利 用 在 PET 和 SPECT 中, 只 希 望 对 来 自 体 内 的 原 发 辐 射 源 作 出 响 应 ( 计 数 ) 但 其 它 源 的 辐 射 不 可 避 免 的 进 入 探 测 器
3 核 医 学 分 子 成 像 14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 2
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14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 分 子 影 像 技 术 1. 分 子 影 像 的 基 本 原 理 2. 分 子 影 像 探 测 方 法 3. 核 医 学 分 子 成 像 4. 磁 共 振 分 子 成 像
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 4 磁 共 振 分 子 成 像 一 概 述 磁 共 振 的 分 子 水 平 成 像 广 义 上 可 以 分 为 磁 共 振 功 能 成 像 (functional MRI) 和 MRI 分 子 成 像 fmri 可 以 分 为 磁 共 振 弥 散 成 像 (diffusion( MRI) 磁 共 振 灌 注 成 像 (perfusion( MRI) 磁 共 振 波 谱 分 析 (MRI( spectroscopy, MRS) 磁 共 振 血 氧 水 平 依 赖 成 像 (BOLD( BOLD) 等 上 述 这 些 方 法 只 是 间 接 反 应 分 子 活 动
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 4 磁 共 振 分 子 成 像 二 关 于 MRS 问 题 : 如 何 知 道 某 种 物 质 在 细 胞 内 的 含 量? 生 长 发 育 中, 病 变 中,,,, 细 胞 内 的 物 质 含 量 会 发 生 变 化 ; 以 前 的 做 法 : 取 出 组 织 进 行 分 析 MRS: 分 子 结 构 的 差 别 共 振 频 率 有 差 别 接 受 到 的 磁 共 振 信 号 有 差 别 由 于 这 种 技 术 是 基 于 磁 共 振 的 原 理, 同 时 又 是 根 据 原 子 的 磁 共 振 波 谱 的 不 同 进 行 成 像 的, 所 以 称 为 磁 共 振 波 谱 成 像 ( 分 析 ) )
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 4 磁 共 振 分 子 成 像 三 MRI 分 子 成 像 关 于 MRI 分 子 成 像, 简 单 地 说, 就 是 采 用 磁 共 振 技 术 在 分 子 水 平 反 映 生 物 体 内 某 些 分 子 的 活 动 过 程 细 胞 内 有 众 多 的 结 构 不 同 的 蛋 白 质 分 子 这 些 分 子 有 着 各 自 的 作 用 ( 比 如 负 责 细 胞 的 分 裂 和 生 长, 负 责 细 胞 对 外 围 环 境 刺 激 的 反 应 等 ) 这 些 蛋 白 质 分 子 的 含 量 就 与 细 胞 和 人 体 的 疾 病 密 切 相 关
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 4 磁 共 振 分 子 成 像 磁 共 振 分 子 成 像 的 一 般 做 法 : 选 用 特 殊 的 对 比 剂 药 物, 使 其 能 够 进 入 到 特 定 的 细 胞 中 对 对 比 剂 中 的 分 子 采 用 MRI 技 术 进 行 成 像, 显 示 出 特 定 细 胞 的 分 布 情 况
7.4 磁 共 振 分 子 成 像 14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3
14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 3 4 磁 共 振 分 子 成 像 在 心 血 管 疾 病 的 应 用 ( 动 脉 硬 化 )
4 磁 共 振 分 子 成 像 14:23:28 电 子 科 技 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院 医 学 成 像 原 理 4