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【原创】分子影像技术简介

caskaisheng

2011/05/13

其他仪器综合讨论

分子影像技术简介

1. 分子影像技术的定义：

分子影像技术（molecular imaging）是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。分子影像技术是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的技术。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针进行综合，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织在分子和细胞水平上的生物学过程的目的。

2. 分子影像学意义

分子影像技术与经典的医学影像技术相比，具有“看得早”的特点，经典的影像诊断（X线、CT、MRI、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，即器官发生了器质性变化之后才能进行观察，仅能用于具有解剖学改变的疾病检测。而分子影像技术能够探查疾病过程中细胞和分子水平的异常，在尚无解剖改变的疾病前检出异常，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效中，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用。

分子影像技术除了在临床医学上具有重大的应用价值之外，在基础科学研究中也具有重大意义，能带来前所未有的便捷。传统的动物实验方法需要在不同的时间点处死实验动物以获得相应数据, 得到却是多个时间点因个体差异造成误差的实验结果。相比之下，采用分子影像方法通过对同一组实验对象不同时间点进行跟踪、记录同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，获得的数据更为真实可信。而且节省了实验时间和实验经费。

3. 国内外分子影像产品的比较

分子影像产品的研究与发展，是伴随着分子影像成像理论和成像算法的发展而逐步发展的。在荧光标记的分子成像方面，目前世界上仅有少数实验室研制成功可以对小动物进行跟踪性在体荧光断层分子影像的系统。

近年来，国外某些公司改进了现有的体外荧光成像技术，发展出适用于动物体内的成像系统。荧光发光是通过激发光激发荧光基团到达高能量状态，而后产生发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(DsRed)及其他荧光报告基团，标记方法与体外荧光成像相似。荧光成像具有费用低廉和操作简单等优点。同生物发光在动物体内的穿透性相似，红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多，近红外荧光为观测生理指标的最佳选择。现有技术采用不同的原理，尽量降低背景信号，获取机体中荧光的准确信息。

目前国外有相关产品的公司也仅仅几家，而且在技术上也有很多需要改进的地方，比如说国外产品目前使用的算法还停留在匀质算法上，若体内有两个光源信号，体外探测器探测到的将是两个光源信号的叠加，从而导致重建光源位置与实际光源位置偏差较大；随着体内光源位置深度的增加，重建光源误差将随之增大；光源重建过程中假定整个生物组织内部是均匀介质，不能很好的对光源进行成像，光源的位置以及大小误差较大。

国外的产品还许多需要完善的，那么国内的分子影像技术状况又是怎样的呢。是刚起步，还好已经有了自己的产品，是和国外的研究水平相去甚远，还是齐头并进？

2002年国内首次以“分子影像学”为主题举行了香山科学会议第194次学术讨论会，给国内分子影像界创造了一个沟通交流的平台。其中中科院自动化研究所的田捷教授是国内分子影像技术的泰斗级人物，是国内分子影像研究的第一人，他在08年就突破了国际难题“非匀质算法”，并将其运用到设备上，在国际上引起了极大的轰动。他突破了国外产品的“匀质算法”的局限，大大提高了实验的准确性。

目前国内已经出现了首家拥有分子影像自主知识产权的企业。这家企业是由中科院及一家高新技术公司共同成立的。而这家公司的首席科学家正是田捷教授。他们的产品是由田捷教授带领着近50名不同专业领域的高技术人才组成的技术团队共同研发的，代表着国内分子影像研究的最高技术。目前这家公司的小动物体内成像设备已经运用了最新一代的“非匀质算法”，一举解决了复杂生物组织中的非匀质问题，从而使光源重建精度大大提高。成功打破了国外产品在国内高端实验设备的垄断。

可以说国内的分子影像技术虽然起步晚于国外研究机构，但是经过众多科学家的共同研究，国内分子影像技术的发展正在和国外的研究齐头并进。

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