医学图像处理与分析第三、四章 分子成像技术 知识和应用.ppt

第三、四章 分子成像技术和应用 ;第三、四章 分子成像技术和应用;一、疾病的分子机制 分子异常 基因 蛋白质 细胞;例：基因变化先于组织学变化 乳腺癌易感基因BRCA，BRCA水平异常检测早于钼靶X线影像症状的出现 亨廷顿氏舞蹈症（Huntington's Disease，HD）： MRI影像学症状迟于IT15基因（CAG）n拷贝数异常;第三、四章 分子成像技术和应用;要素 成像模式的要求 灵敏度 成像信号的衰减 空间分辨率 时间分辨率 ;报告系统的要求 探针：针对靶 对比度增强：针对成像 高灵敏度 高特异性 生物利用度/有效性 生物相容性 ;第三、四章 分子成像技术和应用;三、成像模式 X-CT的性能及适用性 MRI的性能及适用性 PET/SPECT的性能及适用性 生物光学的性能及适用性 US的性能及适用性;三、成像模式;X-CT的性能及适用性 性能： 空间分辨率：高，达10μm 灵敏度：低（10-3M） 适用性：可提供解剖参考+PET ;MRI的性能及适用性 性能： 空间分辨率：较高（低于X-CT） 灵敏度：不高（高于X-CT） 适用性：动物实验的分子成像;PET/SPECT的性能及适用性 性能： 空间分辨率：很低，约为3～5mm（临床用）和1～1.5mm（动物实验）； 灵敏度：高 适用性：动物实验和临床;生物光学的性能及适用性 性能： 灵敏度：高达10-9～10-11M 空间分辨率：一般不高，达1.5mm左右； 适用性：动物的分子成像;US的性能及适用性 性能： 空间分辨率：对小鼠成像可达100～300μm； 灵敏度：常用微泡（microbubble） 适用性：微泡直径达几个毫米，不太适用于分子成像;第三、四章 分子成像技术和应用;四、报告系统 X-CT的报告系统 MRI的报告系统 PET/SPECT的报告系统 生物光学的报告系统 US的报告系统 ;X-CT的报告系统 钡和碘 钡：胃肠道检查 碘：分子成像 局限性 灵敏度低 潜在毒性 背景信号;MRI的报告系统 Mn（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）和Gd（Ⅲ）等 顺磁性或超顺磁性纳米颗粒：尺度影响弛豫参数 生物相容性 特异性;PET/SPECT的报告系统 核素半衰期（half-life）合适 SPECT：常用99mTc PET： 11C：神经系统探针，用于药物研究 18F：组织功能及代谢等研究;生物光学的报告系统 荧光蛋白（fluorescent proteins） 绿色荧光蛋白（GFP） 红色荧光蛋白（dRFP） 荧光染料（fluorescent dyes） 量子点（quantum dots） 荧光素酶（luciferase）;US的报告系统 对比度增强：声阻抗的改变或差异 报告系统：充气微泡的表面涂覆适当的材料;第三、四章 分子成像技术和应用;五、分子成像的应用 核素成像 MRI成像 荧光成像;核素成像：在药物生物分布及药代动力学研究中的应用 背景 传统方法 分子成像方法 应用实例 ;背景 分析药效和筛选新药 了解药物在生物体内分布 了解药物和受体之间的相互作用 ;传统方法一：房室模型（compartment model）分析法 房室：同质的生理空间 药物传递取决于微分方程，故可估算浓度 局限性：非实测值，估计误差较大 传统方法二：放射自显影（autoradiography）检测法 方法： 特点：定量，三维空间定位信息 局限性：非实时，效率低，无法在人体中检测 ;分子成像方法 报告系统和药物结合应不影响药效和药代动力学性质 报告系统：放射性同位素 成像模式：SPECT/PET 标记药物剂量远小于有疗效的药物剂量 应用实例 抗真菌药物在人体内各种组织内的分布 药物和受体相互作用及其对药效影响的分析 ;MRI成像在肿瘤检测、诊断和治疗中的应用 背景 传统方法 分子成像方法 应用实例 ;背景 ??瘤内血管生成 某些特征性物质水平上调 整合素和肿瘤及其新生血管的关系 传统方法：肿瘤微血管密度（micro-vessel density，MVD）计数分析法 MVD是金标准 方法： 局限性：;分子成像方法 报告系统 MRI成像 应用实例：检测实验兔模型中的乳头状瘤病毒诱发的鳞癌Vx-2 ;荧光成像在细胞示踪（cell tracking）及监测细胞迁移（cell migration）中的应用 背景 传统方法 分子成像方法 应用实例 ;背景 肿瘤细胞，增殖，转移。 监测细胞迁移：研究肿瘤细胞的转移机制，评价疗效 传统方法：诊断成像方法 X-CT或MRI等 局限性：难以检测到早期变化;分子成像方法 将GFP基因在体外转染，形成报告基因 将标记了报告基因的肿瘤细胞植入实验动物的体内 荧光成像 只适用于小动物实验 应用实例：研究实验人肺癌细胞在动物体内的转移 ;;;