功能和分子影像学概念和进展-PPT课件

功能和分子影像学概念和进展 一、飞速发展的医学影像学 二、对生命本质的认识 三、医学影像学发展方向－功能与分 子影像学 1、功能影像学概念及其应用 2、分子影像学概念及其应用 3、基因影像学概念及其应用 四、分子影像学值得注意的几个问题 五、分子影像学的技术问题福州总医院医学影像中心一、飞速发展的医学影像学福州总医院医学影像中心1895年11月8日永远值得纪念的日子德国物理学家威廉.伦琴（1845－1923）获1901年Nobel奖福州总医院医学影像中心X线计算机体层摄影（CT）1969年 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 成功1972年公诸于世1979年获Nobel奖英国工程师C.N.Hounsfield福州总医院医学影像中心磁共振成像（MRI）EdwardPurcellFelixBloch1952年同获Nobel奖福州总医院医学影像中心Seldinger技术Sven-IvarSeldinger获1956年Nobel奖福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心Anatomicimaging福州总医院医学影像中心解剖影像之完美福州总医院医学影像中心Anatomicandfunctionalimaging福州总医院医学影像中心二、对生命本质的认识福州总医院医学影像中心DNA福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心细胞的奥秘福州总医院医学影像中心器官合成：神经管发育福州总医院医学影像中心Howtodo?福州总医院医学影像中心三、医学影像学发展方向：功能与分子影像学福州总医院医学影像中心各学科的交叉点功能与分子影像学生物学物理学信息技术医学影像技术化学、药学临床医学分子生物学福州总医院医学影像中心ADefinitionofFunctionaland MolecularImagingSource:R.Weissleder,MGHRadiology,1999OrganLevelTissueLevelCellularLevelGeneticLevelMovingfromImagingtoday’sanatomical&functionaltargetsDetection,TumorBurdenAngiogenesisGrowthkineticsDrugdeliveryTumormarkersDrugTargetingGeneticmutationsGeneTherapy…toImagingtomorrow’smorespecificdiseasetargetsTodayTomorrow福州总医院医学影像中心Todayweimagediseaseaftersymptomsappear…anatomicalimaging…functionalimaging.ButGenetics,functionalgenomicsandproteomicresearcharefindingnewmolecularandcellularmarkersofdiseasedevelopment:geneticpredisposition,geneexpression,proteinexpression,cellulardysfunction,andthephenotypicimpactofgeneticandmolecularalterations.Untiltoday,pharmaceuticalcompanieshavefocusedon400diseasetargets…Nowthatlistisgrowingto5000,somebelieve10,000diseasetargets…earlydiseasetargets.DiagnosingandTreatingearlystagediseasewillrequirenewanddifferenttools.Prognosticsthatwillshowthelikelyprogressionofdisease.Surrogatesthatindicatetheprogressionofdiseasepathologyandmonitortheresponsetotherapy.Therapeuticstiedtodiagnostics…personalizedtothediseasevariantandgeneticmake-upofthepatient.Workingwithluminaries,pharmaceuticalsandbiotechs,GEMedicalisdevelopingtomorrow’stechnologyplatformsforMolecularImagingandMolecularmedicine.（一）、功能影像学概念及其应用福州总医院医学影像中心定义：“利用影像手段显示组织和器官 的功能变化”，包括：MRI:弥散成像、弥散张量成像、灌 注成像、脑功能定位成像 （Bold-fMRI）；CT：灌注成像；福州总医院医学影像中心PET-CT:灌注成像，它以18-F、11-C、13- N、15-O及其它许多被标记的化合 物进行脑和心肌血流灌注的显像；SPECT：主要包括局部脑血流(regional cerebralbloodflow，rCBF)和心 肌灌注显像;US：心血管及部分器官血管的动态观察。 福州总医院医学影像中心1、磁共振功能成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRl) 依成像原理，广义的fMRI可分为三类： 第一类：弥散基础上(diffusion—based)的fMRl，可检测脑等实质性器官水的变化。福州总医院医学影像中心弥散成像脑梗塞T2水抑制DWI弥散成像福州总医院医学影像中心脑梗塞弥散加权ADC/EADC福州总医院医学影像中心发病3小时的脑卒中-T2WI、DWI福州总医院医学影像中心各向异性图ADC图弥散张量（DTI）：各向异性图福州总医院医学影像中心弥散张量各向异性图：显示脑灰 白质走行和分部GenuCCInt.Cap.SpleniumExt.Cap.ThalamusOpticRadiations福州总医院医学影像中心弥散张量3D成像显示正常皮质纤维束及其与肿瘤的关系福州总医院医学影像中心弥散张量3D成像：左顶叶脑肿瘤患者，可见患侧病变区纤维束受压移位，但未见明显中断（侧位）福州总医院医学影像中心弥散张量图与脑功能成像融合弥散张量图：显示白质束与语言 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达功能中枢图像融合福州总医院医学影像中心肝脏及腹部多发转移(DWI)福州总医院医学影像中心全脊柱骨转移：全身弥散 （类PET成像）福州总医院医学影像中心 第二类:灌注基础上(perfusion－based)的fMRI，以MRI造影剂在脑和其它实质性器官血管内分布时间的过程来观察功能变化，观察指标：血流量（BF）、血容量（BV）、平均通过时间（MTT）、首过斜率（FS）、时间峰值（TP）等。福州总医院医学影像中心灌注成像动态灌注成像负性增强图(NEI)rCBV 福州总医院医学影像中心右侧大脑半球梗塞后2小时，MR灌注成像福州总医院医学影像中心动态灌注成像:平均通过时间（MTT）福州总医院医学影像中心胶质母细胞瘤灌注成像（WHOⅣ级）福州总医院医学影像中心乳腺癌MR灌注成像福州总医院医学影像中心乳腺良性病变MR灌注成像曲线：绿色为正常乳腺组织、粉色为乳腺纤维腺瘤均表现为相对低的对比剂吸收，对比剂的流入、流出较缓慢。福州总医院医学影像中心3D容积动态增强技术序列肝A期门V期延迟期福州总医院医学影像中心心脏运动功能检查—白血技术福州总医院医学影像中心心脏形态学检查—黑血技术 福州总医院医学影像中心CardiacFunction:FIESTA-CINE福州总医院医学影像中心CoronaryMRA-HighResolution 3DSpiralImaging RCA-.8mmpixelresolution LCA-.8mmpixelresolution福州总医院医学影像中心肺动脉灌注福州总医院医学影像中心 第三类：血氧水平基础上的脑功能成像(bloodoxygenationlevelbased-fMRI),如血氧水平依赖性脑功能成像(bloodoxygenationleveldependent，BOLD－fMRI)、动脉自旋标记（ASL）。是磁共振研究最热门的领域之一。 福州总医院医学影像中心血氧水平依赖性脑功能(Bold-fMRI)福州总医院医学影像中心脑功能成像(Bold-fMRI)福州总医院医学影像中心fMRI-大脑皮层定位福州总医院医学影像中心正常被试视觉刺激激活脑区福州总医院医学影像中心焦虑、抑郁、躁狂福州总医院医学影像中心3.0TMRI评价痴呆正常人痴呆患者福州总医院医学影像中心精神分裂症患者大脑功能变化:与对照组比较脑灰质明显减少福州总医院医学影像中心精神分裂症患者脑功能变化正常人脑功能变化左顶部脑膜瘤ASL（内源性灌注）福州总医院医学影像中心2、CT功能成像与MRI和PET相比，CT功能成像的范围相对狭窄;随着CT空间、密度、时间分辨率的极大提高以及强大后处理能力的实现;CT功能成像的应用越来越广泛，目前主要集中在两大方面：各器官灌注成像和心脏动态功能成像。福州总医院医学影像中心左侧颞叶脑梗塞CT灌注成像福州总医院医学影像中心CT脑灌注成像-右侧大脑半球 梗塞半暗带形成福州总医院医学影像中心PerfusionCTMTTCBFCBVPatient<4hourspost-stroke CBFandMTTshowsrightsideabnormality…tissueatrisk CBVshowlittleabnormality…tissuelikelycanbesave福州总医院医学影像中心脑肿瘤CT灌注成像福州总医院医学影像中心CTtovaluatethebloodflowandmetabolismsinbreastcancer福州总医院医学影像中心 tumorcenter Tumorcircumference normalbreast BF 60.46 77.48 9.39 BV 37.41 48.39 5.43 PS 40.95 63.98 11.24 心功能评价: (1)、心脏容积测量：CT全心室横断连续扫描重建能三维测量心脏容积； (2)、射血分数测定：在舒张和收缩末期通过容量重建来评价基础心功能参数如左右心室射血分数。福州总医院医学影像中心 (3)、心肌壁厚度测量 (4)、心肌灌注成像 (5)、心脏电生理分析 最近研究表明MSCT对心功能参数的分析结果与左心室造影所获得的金标准有很好相关性。福州总医院医学影像中心心功能评价福州总医院医学影像中心智能化心功能图像处理福州总医院医学影像中心心功能评价 ReportGeneration：LVVolumeCurve&EjectionFractionWallMotionWallThicknessMyocardialMassCine/MovieViews福州总医院医学影像中心3、PET－CT功能显像福州总医院医学影像中心PET对大脑功能区的定位福州总医院医学影像中心正常心肌PET血流灌注显像福州总医院医学影像中心PET13N-NH心肌显像福州总医院医学影像中心4、SPECT的功能显像SPECT的功能显像主要包括局部脑血流(regionalcerebralbloodflow，rCBF)和心肌灌注显像。福州总医院医学影像中心癫痫：SPECT明确显示左侧颞叶海马硬化，与病理结果一致，但MRI显示正常福州总医院医学影像中心灌注－代谢均减低（匹配），提示局部为心肌坏死（箭头示）99mTc-MIBI心肌灌注显像示：局部心肌血流灌注减低18F-FDG心肌代谢显像示：心肌18F-FDG代谢减低福州总医院医学影像中心5、超声功能成像 超声功能成像是功能成像的重要组成部分，其显著特点是实时动态显示，主要表现在两个方面： 心血管的功能成像 腹部实质性脏器的血管功能成像福州总医院医学影像中心（二）、分子影像学概念及其应用 1999年Weissleder将分子影像学定义为：“在活体内进行细胞和分子水平生物过程的描述和测量，即着眼于探测构成疾病基础的分子异常，最终对由这些分子异常改变所构成的结果进行成像”。福州总医院医学影像中心 我们的定义：“利用分子手段检测组织和器官代谢变化，并将这种变化用影像手段显示出来作为早期特异性诊断疾病的依据”。福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心分子影像学显像设备及技术福州总医院医学影像中心Micro-PET细胞凋亡显像福州总医院医学影像中心1、磁共振分子成像－MRS 磁共振波谱(magneticresonancespectrum，MRS)是最典型的分子成像技术，因为在分子水平上直接反映代谢变化并用波谱和影像表达出来。福州总医院医学影像中心 MRS为研究组织代谢和功能的无创性方法，常用的原子核有：31PMRS，主要用于能量代谢的研究；1HMRS主要检测胆碱、肌酸、脂肪、氨基酸、酮体及乳酸等代谢物质。福州总医院医学影像中心 MRS在脑功能方面主要应用在以下几个方面： （1）脑内氧化反应的定量分析及神经元死 亡的判断。 （2）对神经元破坏范围的描述和评估。 （3）细胞膜的改变。 （4）脑病的特征性代谢改变。 31PMRS还用于心肌等部位的能量代谢的检测；1HMRS还用于前列腺的疾病诊断。福州总医院医学影像中心尸体染色显示脑干核团中的铁3TMRI显示脑干核团中的铁福州总医院医学影像中心肾上腺脑白质营养不良福州总医院医学影像中心脑肿瘤MRI波谱分析福州总医院医学影像中心脑肿瘤MRI波谱分析福州总医院医学影像中心脑膜瘤的氢质子波谱:NAA降低，Cho升高福州总医院医学影像中心体表线圈前列腺波谱成像福州总医院医学影像中心前列腺癌MR波谱(R)福州总医院医学影像中心2、PET－CT分子成像 是利用发射正电子的放射性核素进行器官断层显像的设备。 它以18F、11C、13N、15O等放射性示踪剂（生物探针）标记化合物进行全身组织器官血流灌注、氧耗量、葡萄糖、蛋白质、氨基酸、脂肪代谢以及受体等显像。福州总医院医学影像中心 PET分子显像的主要优缺点： (1)、PET可以动态地获得较快(秒级)的动力学资料，能够对生理和药理过程进行快速显像； (2)、PET具有很高的灵敏度，能够测定感兴趣组织中p－摩尔甚至f-摩尔数量级的配体浓度；福州总医院医学影像中心 (3)、PET可以绝对定量，尽管经常使用半定量方法，但也可以使用绝对定量方法测定活体体内生理和药理参数； (4)、PET采用示踪量的PET药物(显像剂)，不会产生药理毒副作用”。福州总医院医学影像中心 不足：特异性示踪剂不能显示靶分子以外的组织，空间分辨率低，定量分析计算复杂，有一定的假阳性和假阴性。福州总医院医学影像中心高分辨率脑FDGPET-3D显像福州总医院医学影像中心18F－FDGPET－CT显示强迫症手术治疗前后的大脑额叶代谢变化福州总医院医学影像中心18F－FDGPET－CT显示胰腺癌福州总医院医学影像中心11C-MET与18F-FDGPET显像 分布特点对比11C-MET18F-FDG福州总医院医学影像中心肺癌脑转移PET与MRI比较11C-MET18F-FDG18F-FDGC＋MRI福州总医院医学影像中心PET显像：FDG和MET比较福州总医院医学影像中心病理证实Ⅱ级星形细胞瘤FDG无法显示肿瘤MET清楚显示肿瘤福州总医院医学影像中心CTPET福州总医院医学影像中心早期肺癌的FDGPET显像福州总医院医学影像中心CTPET/CTContrastCTPET/CT福州总医院医学影像中心PET/CTtovaluatethebloodflowandmetabolismsinbreastcancer福州总医院医学影像中心18F－多巴胺转运蛋白PET显像剂福州总医院医学影像中心假阳性和假阴性客观认识和评价价值,不要神化。福州总医院医学影像中心曾诊断为肺癌，病理证实：结核福州总医院医学影像中心假阴性胸腺瘤术后胸壁转移福州总医院医学影像中心假阳性：良性病变，纤维结 肠镜病理证实息肉福州总医院医学影像中心假阳性：PET淋巴瘤纵隔内及双侧腹股沟多发肿大淋巴结病理证实炎性反应性增生。福州总医院医学影像中心假阳性：PET肝脓肿福州总医院医学影像中心假阳性－炎性假瘤福州总医院医学影像中心假阴性：FDGPET定性困难－病理：胶质母细胞瘤福州总医院医学影像中心3、SPECT分子成像 SPECT分子显像主要包括脑代谢显像和脑神经受体显像。福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心4、分子靶向显像 分子靶向显像是现代肿瘤诊疗领域的突破性成果，代表了目前肿瘤分子生物学诊断和治疗最新发展方向。 将11C标记在易瑞沙或与易瑞沙结构类似的药物上，利用PET显像，在体外可通过放射性分布情况判断肿瘤是“喜”Iressa还是“厌”Iressa。11C-PD15303511C-Iressa 光学成像方法较多，主要有弥散光学成像、多光子成像、活体显微镜成像、近红外线荧光成像及表面共聚焦成像等。5、光分子成像技术福州总医院医学影像中心6、超声分子成像 是近几年超声医学的研究热点。 它是利用超声微泡造影剂介导来发现疾病早期在细胞和分子水平的变化，有利于人们更早、更准确地诊断疾病。 通过此种方式也可以在患病早期引导基因治疗、药物治疗等，以期在根本上治愈疾病。福州总医院医学影像中心7、基因显像基因显像是借助特定的影像手段对活组织的正常或异常细胞的靶基因进行显影。基因显像的本质也是分子显像。福州总医院医学影像中心脑胶质瘤基因HSV1-tk表达显像福州总医院医学影像中心四、分子影像学值得注意 的几个问题 1、理解问题：分子影像学不是显微镜下，更不是实验室的影像学，而是整合在解剖背景上可视化的影像学。福州总医院医学影像中心 2、夸大问题：分子影像学现在乃至将来可能都是个热门领域。然而，分子影像技术在本领域的临床应用就是MRS、PET、SPECT、ECT、US。所谓基因成像应用于临床恐怕还要时间的考验。福州总医院医学影像中心 3、根本问题：不管影像学将来发展到什么阶段和水平，利用可视化影像诊断病变这一根本问题不会丢掉，只会越来越重要。如果不认识这一点，单纯地搞什么分子影像是一种不科学和不负责任的行为。福州总医院医学影像中心分子影像发展方向福州总医院医学影像中心展望－特异性新药即“分子探针”的研发和多影像融合是未来发展的方向，是解决诊断问题的根本，是架起影像医学与临床医学的桥梁！福州总医院医学影像中心糖及小分子代谢脂肪酸、氨基酸代谢核苷代谢代谢显像抗体显像受体显像基因表达显像分子影像代谢影像临床前期临床分子影像特异性我们追求的目标:基因显像福州总医院医学影像中心南京军区福州总医院医学影像中心福州总医院医学影像中心为创一流医院、一流学科而奋斗福州总医院医学影像中心Todayweimagediseaseaftersymptomsappear…anatomicalimaging…functionalimaging.ButGenetics,functionalgenomicsandproteomicresearcharefindingnewmolecularandcellularmarkersofdiseasedevelopment:geneticpredisposition,geneexpression,proteinexpression,cellulardysfunction,andthephenotypicimpactofgeneticandmolecularalterations.Untiltoday,pharmaceuticalcompanieshavefocusedon400diseasetargets…Nowthatlistisgrowingto5000,somebelieve10,000diseasetargets…earlydiseasetargets.DiagnosingandTreatingearlystagediseasewillrequirenewanddifferenttools.Prognosticsthatwillshowthelikelyprogressionofdisease.Surrogatesthatindicatetheprogressionofdiseasepathologyandmonitortheresponsetotherapy.Therapeuticstiedtodiagnostics…personalizedtothediseasevariantandgeneticmake-upofthepatient.Workingwithluminaries,pharmaceuticalsandbiotechs,GEMedicalisdevelopingtomorrow’stechnologyplatformsforMolecularImagingandMolecularmedicine.