基础篇核医疗分子影像讲义

1、基础篇核医疗分子影像 作者 ： 田梅单位 ： 浙江大学医学院附属第二医院第五章 核医学分子影像第一节 分子影像与核医学分子影像的概念第二节 核医学分子影像的应用实例第三节 核医学分子影像与影像组学重点难点熟悉了解掌握分子影像与核医学分子影像的概念、特点及主要内容核医学分子影像的主要临床应用影像组学的概念及核医学分子影像在影像组学中的作用核医学（第9版）一、分子影像与核医学分子影像的概念分子影像学是运用影像学手段对体内特定分子或靶物质的生物学行为进行定性和定量可视化的一门新型交叉学科。它能反映活体状态下细胞或分子水平的变化，有助于理解这些特定分子的生物学行为和特征。核医学分子影像是通过放射性药物

2、示踪原理，从分子水平动态显示机体内各种组织器官及细胞代谢的生化改变、基因表达、受体功能等生命关键信息，揭示疾病生物学过程的学科。 核医学（第9版）二、核医学分子影像的特点核医学分子影像的技术和研究手段的共同理论基础就是“分子识别”。抗原与抗体的结合；受体与配体的结合；许多多肽类药物与相应靶细胞的结合；反义探针与癌基因的分子识别；酶与底物的识别等。核医学分子影像的最大优势和特点是能够从细胞和分子水平对体内的生物化学变化过程进行在体、无创、时空动态可视化。 核医学分子影像相对于其他影像手段，显像剂种类繁多。核医学（第9版）三、核医学分子影像的主要内容1. 代谢显像2. 放射免疫显像3. 受体显像4

3、. 反义基因显像5. 凋亡显像核医学（第9版）1. 代谢显像18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）是最常见、最重要的代谢显像剂。主要应用于肿瘤、神经与精神疾病、心血管疾病。肿瘤早期诊断、分期、转移与复发监测、疗效评估神经、精神疾病、脑功能研究，不同生理刺激或思维活动状态脑皮质的代谢，脑行为研究区别心肌坏死、冬眠心肌，为冠心病血运重建治疗提供依据核医学（第9版）2. 放射免疫显像放射免疫显像是一种将放射性核素标记某些特定的单克隆抗体注入体内后特异地与相应的靶抗原结合使其显影的显像方法，具有肿瘤高亲和性。关于抗体的研究是放射免疫显像的热点，其中Affibody、微型抗体、纳米抗体是主要的研究方向。放

4、射免疫显像具有高特异性、高成像对比率、高血液清除速度等特点，主要应用于乳腺癌、肺癌等肿瘤的成像。核医学（第9版）PET多巴胺受体影像示踪 建立大鼠海马神经干细胞快速诱导表达内源性多巴胺D2受体的体外培养技术，构建了基于11C-NMSP（N-甲基螺环哌啶酮，多巴胺配基）PET受体显像的神经干细胞活体示踪与评估新方法。剪切消化无血清NSC培养D2的诱导表达1.海马来源的NSC2.含血清贴壁培养3.添加BDNF体外调控多巴胺D2受体表达方法移植神经干细胞的D2示踪移植前移植后D2受体持续表达的在体示踪核医学（第9版）4. 反义基因显像反义基因是指一段与mRNA或DNA特异性结合并阻断其基因表达的人工

5、合成的DNA分子。反义基因显像是利用核酸碱基互补原理，用放射性核素标记人工合成的特定反义寡核苷酸。反义基因显像能显示特异性癌基因过度表达的癌组织或治疗后抑癌基因的表达水平，定位和定量特异的靶基因，从而达到在基因水平早期、定性诊断疾病或评价疗效的目的。 核医学（第9版）5. 凋亡显像细胞凋亡（程序性细胞死亡）是为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的、有序的死亡。细胞坏死是混乱无序的、没有能量需求的，常常继发于突发的细胞内成分释放，导致局部炎性改变。凋亡显像指通过体外显像的方法检测细胞自发及诱发性凋亡的位置及程度。凋亡显像对于肿瘤治疗疗效的监测、心脏移植排异反应监测、急性心肌梗死与心肌炎的评价有

6、重要价值。核医学（第9版）显像种类代表性显像剂显像原理 应用代谢显像放射免疫显像受体显像反义基因显像凋亡显像乏氧显像18F-FDG11C-胆碱11C-MET11C-乙酸124I-cetuximab64Cu-cetuximab-F（ab）211C-Raclopride11C-NMSP11C-CFT99mTc-MDM218F-FHBG99mTc-Annexin V18F-ML-1018F-FMISO64Cu-ATSM细胞葡萄糖代谢异常细胞磷脂代谢异常细胞氨基酸代谢异常细胞乙酸代谢异常肿瘤异常增殖信号肿瘤异常增殖信号多巴胺D2受体拮抗剂多巴胺和5-羟色胺受体拮抗剂多巴胺转运体双微体扩增基因反义寡核苷

7、酸无环鸟苷衍生物抵抗细胞凋亡（膜联蛋白类）抵抗细胞凋亡（小分子类）细胞能量异常细胞能量异常 大部分恶性肿瘤 泌尿系统肿瘤 脑肿瘤、放疗后复发或坏死 心肌疾病、肝细胞肝癌、肾癌 EGFR阳性的肿瘤 EGFR阳性的肿瘤 帕金森 帕金森、抽动症 帕金森 恶性肿瘤肿瘤基因显像 监测基因治疗 肿瘤治疗、心脏移植后监测 肿瘤治疗监测 肿瘤乏氧显像 肿瘤乏氧显像核医学分子影像显像剂概览核医学分子影像的应用实例第 二 节一、核医学分子影像在精准医学中的支撑作用核医学（第9版）美国医学界在2011年首次提出精准医学（precision medicine）的概念。精准医疗计划是指根据患者的临床信息和人群队列信息，

8、应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活环境和方式，实现精准的疾病分类及诊断，制定具有个性化的疾病预防和治疗方案。现代医学离不开先进的影像医学，分子影像是精准医学的重要标志。核医学（第9版）现代医学离不开先进的影像医学，分子影像是精准医学重要标志获取解剖结构信息X-ray（1901 Nobel Prize）CT（1979 Nobel Prize）看得到MRI（2003 Nobel Prize）看得清看得准看得早获取生化机理机制PET核医学（第9版）二、核医学分子影像与新药创制分子影像技术可完整、直接地观察药物在活体体内的时空分布，了解药物的代谢分布。分子影像在新药创制的过程

9、中有着极大的优势1. 在药物研发初期，靶点占用率可以优化药物的使用剂量和时间；2. 能够进行全身检查（如疾病分期）；3. 可以有效利用同一研究个体进行重复研究，并可作为自身对照（如监测治疗效果）。核医学（第9版）核医学分子影像评估及监测新药的疗效治疗前Gleevec 治疗1 个月2年后复发Sugen治疗1周核医学（第9版）三、核医学分子影像在新型治疗方法中的应用1. 分子靶向治疗2. 质子和重离子治疗监测3. 干细胞治疗疗效评估4. 免疫T细胞治疗监测与评价核医学（第9版）1. 分子靶向治疗分子靶向治疗是通过干扰肿瘤生成和生长的靶向分子达到阻断肿瘤细胞生长的目的的治疗方法。64Cu-DOTA标

10、记的曲妥珠单抗PET分子影像能显影HER-2阳性乳腺癌脑转移病灶。18F-FES PET分子影像高代谢灶往往提示ER阳性的乳腺癌原发灶或转移灶。这些受体显像的不断发展将使无创实现乳腺癌病理分子分型在不久的将来成为可能。核医学（第9版）2. 质子和重离子治疗监测 质子和重离子治疗目前主要采用质子和碳离子。重离子具有深度剂量分布特征和横向散射优势，对癌细胞有强杀伤作用，并对癌细胞增殖周期、细胞内氧浓度及癌细胞的损伤修复依赖性很低，能够有效杀死癌细胞，是目前最先进的放射治疗技术。各种放射线体内剂量分布核医学（第9版）碳离子治疗前（A、B）后（C、D）的骨和软组织肿瘤的MRI和PET显像核医学分子影像

11、评估及监测碳离子治疗骨肿瘤的疗效核医学（第9版） 蛋氨酸-PET在骨肉瘤患者重离子治疗前可以超早期预测患者的生存时间，亦可用于重离子治疗后的早期疗效评估。 MET-PET和生存的关系（治疗前）MET-PET和生存的关系（治疗后）核医学（第9版）3. 干细胞治疗疗效评估干细胞治疗是把健康的干细胞移植到患者体内，以达到修复或替换受损细胞或组织，从而达到治愈目的的治疗手段。干细胞治疗过程中，移植后干细胞在体内的植入、分布、存活、迁移等，需要分子影像方法进行时空动态示踪和评估。 PET分子影像方法发现了体外诱导多功能干细胞（iPSC）移植后神经修复与功能恢复的时空动态变化规律。核医学（第9版）iPSC

12、治疗前治疗后EGFPvWF, NeuN, GFAP特征表达 葡萄糖代谢变化（iPSC）移植后神经修复与功能恢复的时空动态变化规律核医学（第9版）4. 免疫T细胞治疗监测与评价免疫细胞治疗是指利用肿瘤患者自身或供者的淋巴细胞，经体外诱导筛选或基因修饰使其获得肿瘤杀伤活性，再通过体外扩增后回输患者体内，从而发挥肿瘤杀伤效应的一种治疗方法。 18F-FAEU PET/CT报告基因显像已经被用于在非人灵长类动物猕猴中T细胞治疗的示踪研究，18F-FAEU的聚集部位、程度、时空动态变化可以定性、定位、定量反映T细胞在体内的植入、分布、存活、迁移等信息。核医学分子影像与影像组学第 三 节核医学（第9版）一

13、、影像组学的概念影像组学是利用大数据挖掘等信息方法进行肿瘤量化评估的新技术，一般指使用CT，PET或MR作为输入影像数据，从海量基于图像数据中提取出具有表达性的特征，然后使用机器学习或统计模型等方法进行疾病的量化分析和预测。影像组学包含以下几个步骤：数据采集，病灶检测，病灶分割，特征提取和信息挖掘。 核医学（第9版）影像组学处理流程 核医学（第9版）二、核医学分子影像在影像组学的应用PET-CT将PET与CT完美融为一体，由PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，而CT提供病灶的精确解剖定位，一次显像可获得全身各方位的断层图像，具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点。正是在这项技术不断成熟的前提下，科研工作者们对影像学有了更前沿的研究和探索，从而提出了比所谓的放射组学更高水平、金标准和高层次的研究热点影像组学。 （A）和（B）为PET图像，（C）为PET/CT融合图像， （D）为提取的影像组学特征核医学（第9版）目前，影像组学主要应用是辅助医生进行病情诊断。传统影像医学通常应用于肿瘤的筛查、诊断和预后。现阶段，影像组学已经逐渐发展为融合影像、基因、临床等多源信息进行肿瘤诊断、疗效评估和预后