功能與分子影像學概念和進展

1、功能與分子影像學概念和進展,南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心陳自謙,一、飛速發(fā)展的醫(yī)學影像學二、對生命本質的認識三、醫(yī)學影像學發(fā)展方向－功能與分 子影像學1、功能影像學概念及其應用2、分子影像學概念及其應用3、基因影像學概念及其應用四、分子影像學值得注意的幾個問題五、分子影像學的技術問題,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,一、飛速發(fā)展的醫(yī)學影像學,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,1895年11月8日永遠值得紀念的日子,德國物理學

2、家威廉.倫琴（1845－1923）獲1901年Nobel獎,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,X線計算機體層攝影（CT）,1969年設計成功1972年公諸于世1979年獲Nobel獎,英國工程師C.N. Hounsfield,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,磁共振成像（MRI）,Edward Purcell,Felix Bloch,1952年同獲Nobel獎,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Seldinger技術,Sven-Ivar Seldinger

3、獲1956年Nobel獎,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Anatomic imaging,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,解剖影像之完美,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Anatomic and functional imaging,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,二、對生命本質的認識,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,DNA,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,細胞的奧秘,福州總醫(yī)院醫(yī)學影

4、像中心,器官合成：神經管發(fā)育,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,How to do?,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,三、醫(yī)學影像學發(fā)展方向： 功能與分子影像學,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,各學科的交叉點,功能與分子影像學,生物學,物理學,信息技術,醫(yī)學影像技術,化學、藥學,臨床醫(yī)學,分子生物學,,,,,,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,A Definition of Functional and Molecular Imaging,Source

5、: R. Weissleder, MGHRadiology, 1999,Organ Level,Tissue Level,Cellular Level,Genetic Level,Moving from Imaging today’s anatomical & functional targets,Detection,Tumor Burden,AngiogenesisGrowth kineticsDrug deliver

6、y,Tumor markersDrug Targeting,Genetic mutationsGene Therapy,… to Imaging tomorrow’s more specific disease targets,Today,T o m o r r o w,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,（一）、功能影像學概念及其應用,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,定義：“利用影像手段顯示組織和器官 的功能變化”，包括：

7、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；,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PET-CT: 灌注成像，它以18-F 、11-C、13- N、15-O及其它許多被標記的化合 物進行腦和心肌血流灌注的顯像；SPECT： 主要包括局部腦血流(regional cerebral blood flow，rCBF)和心 肌灌注顯

8、像;US： 心血管及部分器官血管的動態(tài)觀察。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,1、磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging，fMRl),依成像原理，廣義的fMRI可分為三類：第一類：彌散基礎上(diffusion—based)的fMRl，可檢測腦等實質性器官水的變化。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,彌散成像 腦梗塞T2水抑制 DWI彌散成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦梗塞彌散加權ADC

9、/EADC,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,發(fā)病3小時的腦卒中-T2WI、DWI,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,各向異性圖,,ADC 圖,,彌散張量（DTI）：各向異性圖,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,彌散張量各向異性圖：顯示腦灰 白質走行和分部,Genu CC,,Int. Cap.,,Splenium,,,Ext. Cap.,,,Thalamus,,,Optic Radiations,,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,彌散張量3D成像顯示正常皮質

10、纖維束及其與腫瘤的關系,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,彌散張量3D成像：左頂葉腦腫瘤患者，可見患側病變區(qū)纖維束受壓移位，但未見明顯中斷（側位）,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,彌散張量圖與腦功能成像融合,彌散張量圖：顯示白質束與語言表達功能中樞圖像融合,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,肝臟及腹部多發(fā)轉移(DWI),福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,全脊柱骨轉移：全身彌散 （類PET成像）,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,第二類: 灌注基礎上(perfusion －ba

11、sed)的fMRI，以MRI造影劑在腦和其它實質性器官血管內分布時間的過程來觀察功能變化，觀察指標：血流量（BF）、血容量（BV）、平均通過時間（MTT）、首過斜率（FS）、時間峰值（TP）等。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,灌注成像,動態(tài)灌注成像 負性增強圖 (NEI) rCBV,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,右側大腦半球梗塞后2小時，MR灌注成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,動態(tài)灌注成像

12、:平均通過時間（MTT）,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,膠質母細胞瘤灌注成像 （WHO Ⅳ級）,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,乳腺癌MR灌注成像,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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為相對低的對比劑吸收，對比劑的流入、流出較緩慢。,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3D容積動態(tài)增強技術序列,肝A期 門V期 延遲期,,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,心臟運動功能檢

13、查 — 白血技術,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,心臟形態(tài)學檢查 — 黑血技術,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Cardiac Function:FIESTA-CINE,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Coronary MRA - High Resolution 3D Spiral Imaging,RCA - . 8mm pixel resolution,LCA - . 8mm pixel resolution,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,肺動脈灌注,

14、福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,第三類：血氧水平基礎上的腦功能成像(blood oxygenation level based-fMRI),如血氧水平依賴性腦功能成像(blood oxygenation level dependent，BOLD－fMRI) 、動脈自旋標記（ASL）。是磁共振研究最熱門的領域之一。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,血氧水平依賴性腦功能(Bold-fMRI),福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦功能成像(Bold-fMRI),福州總

15、醫(yī)院醫(yī)學影像中心,fMRI-大腦皮層定位,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,正常被試視覺刺激激活腦區(qū),福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,焦慮、抑郁、躁狂,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3.0T MRI評價癡呆,正常人,癡呆患者,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,精神分裂癥患者大腦功能變化:與對照組比較腦灰質明顯減少,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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（內源性灌注）,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,2、CT功能成像,與MRI和P

16、ET相比，CT功能成像的范圍相對狹窄; 隨著CT空間、密度、時間分辨率的極大提高以及強大后處理能力的實現; CT功能成像的應用越來越廣泛，目前主要集中在兩大方面：各器官灌注成像和心臟動態(tài)功能成像。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,左側顳葉腦梗塞CT灌注成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,CT腦灌注成像-右側大腦半球 梗塞半暗帶形成,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Perfusion CT,MTT,CBF,CBV,Patient < 4 hou

17、rs post-strokeCBF and MTT shows right side abnormality… tissue at riskCBV show little abnormality… tissue likely can be save,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦腫瘤CT灌注成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,CT to valuate the blood flow and metabolisms in breast can

18、cer,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,心功能評價:(1)、心臟容積測量：CT全心室橫斷連續(xù)掃描重建能三維測量心臟容積；(2)、射血分數測定：在舒張和收縮末期通過容量重建來評價基礎心功能參數如左右心室射血分數。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,(3 )、心肌壁厚度測量(4 )、心肌灌注成像(5 )、心臟電生理分析最近研究表明MSCT對心功能參數的分析結果與左心室造影所獲得的金標準有很好相關性。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,心功能評價,福州總醫(yī)院醫(yī)

19、學影像中心,智能化心功能圖像處理,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,心功能評價,Report Generation：LV Volume Curve & Ejection FractionWall MotionWall ThicknessMyocardial MassCine/Movie Views,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3、PET－CT功能顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PET對大腦功能區(qū)的定位,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,正常心肌

20、PET血流灌注顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PET 13N-NH心肌顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,4、SPECT的功能顯像,SPECT的功能顯像主要包括局部腦血流(regional cerebral blood flow，rCBF)和心肌灌注顯像。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,癲癇：SPECT明確顯示左側顳葉海馬硬化，與病理結果一致，但MRI顯示正常,,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,灌注－代謝均減低（匹配），提示局部為心肌壞死（箭頭示）,

21、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,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,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，其顯著特點是實時動態(tài)顯示，主要表現在兩個方面：心血管的功能成像腹部實質性臟器的血管功能成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,（二）、分子影像學概念及其應用,1999年Weissleder將分子影像學定義為：“在活體內進行細胞和分子水平生物過程

22、的描述和測量，即著眼于探測構成疾病基礎的分子異常，最終對由這些分子異常改變所構成的結果進行成像 ”。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,我們的定義：“利用分子手段檢測組織和器官代謝變化，并將這種變化用影像手段顯示出來作為早期特異性診斷疾病的依據”。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,分子影像學顯像設備及技術,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,Micro-PET細胞凋亡顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,1、磁共振分子成像－MRS,磁共振波譜(mag

23、netic resonance spectrum，MRS)是最典型的分子成像技術，因為在分子水平上直接反映代謝變化并用波譜和影像表達出來。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,MRS為研究組織代謝和功能的無創(chuàng)性方法，常用的原子核有：31P MRS，主要用于能量代謝的研究；1H MRS主要檢測膽堿、肌酸、脂肪、氨基酸、酮體及乳酸等代謝物質。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,MRS在腦功能方面主要應用在以下幾個方面：（1）腦內氧化反應的定量分析及神經元死

24、 亡的判斷。（2）對神經元破壞范圍的描述和評估。（3）細胞膜的改變。（4）腦病的特征性代謝改變。 31P MRS還用于心肌等部位的能量代謝的 檢測；1H MRS還用于前列腺的疾病診斷。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,尸體染色顯示腦干核團中的鐵,3T MRI顯示腦干核團中的鐵,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腎上腺腦白質營養(yǎng)不良,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦腫瘤MRI波譜分析,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦腫瘤MRI波譜分析,福州總醫(yī)院醫(yī)

25、學影像中心,腦膜瘤的氫質子波譜:NAA降低，Cho升高,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,體表線圈前列腺波譜成像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,前列腺癌MR波譜(R),福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,2、PET－CT分子成像,是利用發(fā)射正電子的放射性核素進行器官斷層顯像的設備。它以18F 、11C、13N、15O等放射性示蹤劑（生物探針）標記化合物進行全身組織器官血流灌注、氧耗量、葡萄糖、蛋白質、氨基酸、脂肪代謝以及受體等顯像。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PE

26、T分子顯像的主要優(yōu)缺點：(1)、PET可以動態(tài)地獲得較快(秒級)的動力學資料，能夠對生理和藥理過程進行快速顯像；(2)、PET具有很高的靈敏度，能夠測定感興趣組織中p－摩爾甚至f-摩爾數量級的配體濃度；,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,(3)、PET可以絕對定量，盡管經常使用半定量方法，但也可以使用絕對定量方法測定活體體內生理和藥理參數；(4)、PET采用示蹤量的PET藥物(顯像劑)，不會產生藥理毒副作用”。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,不足

27、：特異性示蹤劑不能顯示靶分子以外的組織，空間分辨率低，定量分析計算復雜 ，有一定的假陽性和假陰性。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,高分辨率腦FDG PET-3D顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,18F－FDG PET－CT顯示強迫癥手術 治療前后的大腦額葉代謝變化,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,18F－FDG PET－CT顯示胰腺癌,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,11C-MET與18F-FDG PET顯像 分布特點對比,11C-MET,,

28、,,,,,,,18F-FDG,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,肺癌腦轉移PET與MRI比較,11C-MET,18F-FDG,18F-FDG,C＋MRI,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PET顯像：FDG和MET比較,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,病理證實Ⅱ級星形細胞瘤,FDG無法顯示腫瘤,MET清楚顯示腫瘤,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,CT,PET,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,早期肺癌的FDG PET顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,CT,PET/CT,Contrast

29、 CT,PET/CT,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,PET/CT to valuate the blood flow and metabolisms in breast cancer,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,18F－多巴胺轉運蛋白PET顯像劑,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陽性和假陰性,客觀認 識和評價價值,不要神化。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,曾診斷為肺癌，病理證實：結核,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陰性,胸腺瘤術后胸壁轉移,福

30、州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陽性：良性病變，纖維結腸鏡病理證實息肉,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陽性：PET淋巴瘤,縱隔內及雙側腹股溝多發(fā)腫大淋巴結病理證實炎性反應性增生。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陽性：PET肝膿腫,,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陽性－炎性假瘤,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,假陰性：FDG PET定性困難－病理：膠質母細胞瘤,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3、SPECT分子成像,SPECT分子顯像主要包括腦代

31、謝顯像和腦神經受體顯像。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,4、分子靶向顯像,分子靶向顯像是現代腫瘤診療領域的突破性成果，代表了目前腫瘤分子生物學診斷和治療最新發(fā)展方向。,將11C標記在易瑞沙或與易瑞沙結構類似的藥物上，利用PET顯像，在體外可通過放射性分布情況判斷腫瘤是“喜” Iressa還是“厭” Iressa。,11C- PD 153035,11C-Iressa,光學成像方法較多，主要有彌散光學成像、多光子成像、活體

32、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,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,6、超聲分子成像,是近幾年超聲醫(yī)學的研究熱點。它是利用超聲微泡造影劑介導來發(fā)現疾病早期在細胞和分子水平的變化，有利于人們更早、更準確地診斷疾病。通過此種方式也可以在患病早期引導基因治療、藥物治療等，以期在根本上治愈疾病。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,7、基因顯像,基因顯像是借助特定的影像手段對活組織的正?；虍惓＜毎陌谢蜻M行顯影?；蝻@像的本

33、質也是分子顯像。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,腦膠質瘤基因HSV1-tk表達顯像,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,四、分子影像學值得注意 的幾個問題,1、理解問題：分子影像學不是顯微鏡下，更不是實驗室的影像學，而是整合在解剖背景上可視化的影像學。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,2、夸大問題：分子影像學現在乃至將來可能都是個熱門領域。然而，分子影像技術在本領域的臨床應用就是MRS、PET、SPECT、ECT、US。所謂基因成像應用于臨床恐怕

34、還要時間的考驗。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,3、根本問題：不管影像學將來發(fā)展到什么階段和水平，利用可視化影像診斷病變這一根本問題不會丟掉，只會越來越重要。如果不認識這一點，單純地搞什么分子影像是一種不科學和不負責任的行為。,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,分子影像發(fā)展方向,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,展望－特異性新藥即“分子探針”的研發(fā)和多影像融合是未來發(fā)展的方向，是解決診斷問題的根本，是架起影像醫(yī)學與臨床醫(yī)學的橋梁！,福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,,,,