分子核医学概论专业知识宣讲培训课件

1、21世纪医学科学的主流 分子医学 20世纪末、21世纪初传统医学模式 以细胞病理学为基础 21世纪分子医学模式 建立在分子生物学、分子细胞学、分子药理学以及现代计算机技术等基础上,以分子诊断、分子影像、个体化医学为基础华西医院 范成中21世纪医学科学的主流 分子医学华西医院 范成中21世纪医学科学的主流 分子医学个体化诊断：特异性诊断（特异性靶向分子探针）、 分期、 鉴别肿瘤复发或瘢痕个体化治疗：筛选受试者、 早期监测治疗反应、 预后评价（分子）影像学在肿瘤个体化诊疗中发挥着重要作用华西医院 范成中21世纪医学科学的主流 分子医学华西医院 范成中分子核医学概论 医学影像学发展简史 分子核医学概

2、论 18FDG PET/CT在临床肿瘤学中的应用 1.肿瘤的诊断及分期 2.探测未知原发肿瘤 3.探测肿瘤复发 4.早期监测治疗反应及评价预后 5.帮助制定放疗计划华西医院 范成中分子核医学概论华西医院 范成中一、医学影像学发展简史华西医院 范成中华西医院 范成中医学影像学发展简史1895 Wilhelm Conrad Rontgen， X ray 1896 Diagnostic Radiology 1950s-1960s Ultrasonography, USG r- Scintigraphy1970s-1980s Computed Tomography, CT Magnetic Reson

3、ance Imaging, MRI Emission Computed Tomography, ECT Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT Positron Emission Tomography, PET2001 PET/CT used in clinical medicine2002 SPECT/CT2004 PET/MRI 华西医院 范成中医学影像学发展简史1895 Wi医学影像学形态学显像：X线、超声、CT、MRI分子功能/代谢显像：SPECT、PET华西医院 范成中医学影像学形态学显像：X线、超声、CT、MRI分子功能/

4、代谢 医学影像学形态学显像、分子功能/代谢显像 形态学显像：X线、超声、CT、MRI 器官、组织病变大小和质地改变 优点：空间分辨率高、定位准确 缺点：在探测大体解剖结构改变之前病变早期周围微环 境的代谢与功能改变的信息方面能力有限； 不能区分活动性或非活动性病变过程； 评价疾病的治疗反应在时间上可能滞后。华西医院 范成中 医学影像学形态学显像、分子功能/代谢显像华西医院 分子功能/代谢显像：SPECT、PET 器官、组织的血流状态、细胞代谢水平及功能状况 优点：探测大体解剖结构改变之前的早期病变微环境的受体、抗原、 酶、转运 子、信号传导等的异常表达 高灵敏度：pMnM 10-12mol10

5、-9mol 高特异性 准确的定量分析 高准确率（PET高敏感性+CT、MRI高分辨率） 肿瘤分期、治疗反应监测、活动性病变探测、帮助制定放疗计划 缺点: 空间分辨率低、不能定位 人工伪影（位置差异、衰减校正、视野大小） 融合显像：PET/CT SPECT/CT PET/MRI: 是将PET 、SPECT等（功能代谢显像）与CT、MRI（解剖结构显像）两种图像同机融合，实现优势互补，提高诊断准确率 医学影像学华西医院 范成中 分子功能/代谢显像：SPECT、PET医学影像学华西医华西医院 范成中 Ant Post Fusion Imaging45岁 乳癌术后1年随访华西医院 范成中 Ant 分子

6、影像学的发展简史 分子影像学（Molecular Imagology）： 在细胞和分子水平对生物学过程的活体评定和测量 -Weissleder，1999 20世纪90年代初，开始研究 20世纪90年代中期，迅速发展 PET and SPECT represent the prototype for noninvasive quantitative tracing of biochemical processes in vivo. 华西医院 范成中分子影像学的发展简史 分子影像学（Molecular Ima经典影像学与分子影像学的区别 经典影像学 分子变化的终期效应 分子影像学 疾病基础的分子异

7、常华西医院 范成中经典影像学与分子影像学的区别 经典影像学华西医院 范成中 分子影像学的构成 核医学分子显像(分子影像学的原型方法) PET、SPECT（PET/CT、SPECT/CT） 核磁共振分子显像、核磁共振波谱显像 MRI 、MRS （Magnetic resonance respectroscopy） 超声分子显像 光学分子显像 华西医院 范成中 分子影像学的构成 核医学分子显像(分子影像学的原型方法)各种分子影像学技术的优缺点华西医院 范成中 核医学PET、SPECT分子显像 灵敏度高、定量能力和临床适用性，但其空间分辨率有限 光学分子显像 具有PET、SPECT可比较的灵敏度和空

8、间分辨率，适于动物实验。然而，由深部发出的光被组织吸收限制了其临床应用 磁共振分子显像 具有优良的空间分辨率和组织对比度，但灵敏度比其他两种模式都低 各种分子影像学技术的优缺点华西医院 范成中 核医学PET二、分子核医学概论华西医院 范成中华西医院 范成中分子核医学： Molecular Nuclear Medicine概念： 分子核医学是放射性核素示踪技术与分子生物学技术相互融合、发展而形成的一门新型医学分支学科。 核心：“示踪技术+分子识别” 华西医院 范成中分子核医学： Molecular Nuclear Medic分子核医学构成 核医学分子显像（ Nuclear Molecular I

9、maging ） 体外分析技术(In Vitro Assay) 放射性核素靶向治疗(Radionuclide Targeted Therapy) 华西医院 范成中放射性核素示踪技术与分子生物学技术相互融合及发展而形成的医学新型分支学科分子核医学构成 核医学分子显像体外分析技术(In Vit分子核医学： Molecular Nuclear MedicineNuclear Molecular Imaging：应用放射性核素示踪技术在细胞和分子水平用图像直观显示及定量监测生物体内多种疾病（包括肿瘤）发生、发展及演变过程微环境中早期功能、代谢的异常分子事件（molecular imaging）；Rad

10、ionuclide targeted therapy：应用放射性核素及其标记化合物与疾病的特异性靶点相结合，利用放射性核素释放射线的辐射生物效应治疗疾病；In Vitro Assay：应用放射性核素示踪技术完成疾病的体外分析。华西医院 范成中分子核医学： Molecular Nuclear Medic分子核医学（ Molecular Nuclear Medicine ）设计放射性标记配体（靶向分子探针）用于核医学分子显像及放射性核素靶向治疗（Design of radiolabelled ligands (targeted molecular probes) for molecular ima

11、ging and radionuclide targeted treatment）华西医院 范成中分子核医学（ Molecular Nuclear Medic分子核医学概论专业知识宣讲培训课件“完美”的放射性标记配体 ： 静脉注射后，通过血循环到达靶细胞，并通过理想的分子通路只与靶分子发生特异性结合。任何没有达到靶细胞或没有与靶分子结合的放射性药物都将尽快被排出体外，从而使生物体内只在靶点有放射性药物聚集。因此，放射性药物设计的目标要尽可能接近这种理想状态。 放射性药物可视为由三部分组成： （）靶向载体 （）放射性核素 （）将两者连接在一起的方法 华西医院 范成中“完美”的放射性标记配体 ：

12、静脉注射后，通过血循环到选择开发放射性药物的分子靶标 任何生物靶标在某种疾病如癌细胞表达增高（最好）或减少都可以经严格筛选后成为开发放射性药物的分子靶标。因为与恶性肿瘤有关的生物通路数以百计，需制定更为严格的筛选标准。理想的靶标应尽可能具有肿瘤特异性，即尽可能不存在于正常组织或其它疾病如炎症，并在癌细胞有足够高的表达。在选择一个靶标时，还应考虑到由此靶标研制的放射性药物（诊断或治疗用）与该靶标相互作用对相关生物通路所产生的临床影响。 华西医院 范成中选择开发放射性药物的分子靶标 任何生物靶标在某种疾病如华西医院 范成中1.细胞表面结合配体 华西医院 范成中1.细胞表面结合配体 2.代谢途径的配

13、体 华西医院 范成中2.代谢途径的配体 华西医院 范成中3.核医学常用放射性核素 华西医院 范成中3.核医学常用放射性核素 华西医院 范成中4.临床常用PET/SPECT肿瘤分子显像剂华西医院 范成中4.临床常用PET/SPECT肿瘤分子显像剂华西医院 范成核医学分子显像现状 欧美 中国小动物显像设备：Micro PET/SPECT等分子探针：已开发近百种小动物显像设备：Micro PET/SPECT等7台分子探针：几乎没有华西医院 范成中小动物显像设备：Micro PET/SPECT等小动物显像设华西医院 范成中华西医院 范成中 西门子临床前影像系统 Micro PET SPECT CT 华

14、西医院 范成中西门子临床前影像系统 Micro PET SPECT 核医学分子显像进展新陈代谢细胞增殖 肿瘤乏氧 受体表达 肿瘤抗原血管生成细胞凋亡et al华西医院 范成中核医学分子显像进展新陈代谢华西医院 范成中FDG之外的正电子药物 Cu-60, Cu-61, Cu-64 I-124 Br-76, Br-77Tc-94mGa-66 Y-90华西医院 范成中FDG之外的正电子药物 Cu-60, Cu-61, CuEBV表面抗原gp350/220介导的放射性靶向分子探针华西医院 范成中EBV表面抗原gp350/220介导的放射性靶向分子探针华西18F-HX-01兔VX2肌肉肿瘤模型PET/C

15、T分子显像 华西医院 范成中追踪药物分布确认组织靶点药代动力学（PK）药效学（PD）数据验证药效 筛选最佳被选药物活体显像、动态定量、自身对照、连续观察支持临床实验的设计缩短药物研发周期、降低研发成本、加快新药上市18F-HX-01兔VX2肌肉肿瘤模型PET/CT分子显像 生物治疗转化医学国家重大科技基础设施精准成像平台生物治疗转化医学国家重大科技基础设施精准成像平台分子核医学概论专业知识宣讲培训课件三、18FDG PET/CT在临床肿瘤学中的应用华西医院 范成中华西医院 范成中PET/CT 显像模式图华西医院 范成中PET/CT 显像模式图华西医院 范成中PET-CT 显像系统Diagnos

16、tic CT ScannerMultislice (4 8 slices/rotation)0.5 seconds/rotationHelical Scan 17 seconds/meterPhilips Gemini(MX8000 D)GE Discovery LS(Lightspeed Plus HiLite 4-slice)CTI Reveal(Somatom Emotion2-slice)华西医院 范成中PET-CT 显像系统Diagnostic CT Scann PET显像的原理用18F、11C、13N、15O等标记葡萄糖、氨基酸、核苷酸等生物活性物质，利用这些生物活性物质参与机体组

17、织细胞的代谢过程，从分子水平反映体内组织细胞或病变的代谢水平，用于疾病的早期诊断、治疗方案的选择、监测疗效及评价预后。华西医院 范成中 PET显像的原理用18F、11C、13N、15O等标记葡萄Mechanism of PET metabolic imaging with18F-FDG华西医院 范成中Mechanism of PET metabolic ima核医学PET分子显像原理华西医院 范成中核医学PET分子显像原理华西医院 范成中定量分析 单位容积病变组织放射性活度(kBq/g) 显像剂注射剂量（kBq）/体重（g）SUV=SUV值(standard uptake value ,SUV

18、)全称为标准摄取值，是定量探测病灶放射性摄取量的指标。在18F-FDG PET显像时，SUV对于鉴别病变的良、恶性具有一定参考价值，特别是对于评价病灶治疗前后的代谢变化更有意义 。其数值高低与肿瘤细胞的分化程度、细胞活性及恶性程度有关。华西医院 范成中定量分析 单位容积病变组织放射性活度(kBq/g) SUV18FDG PET/CT在肿瘤学中的应用 诊断： 肿瘤的诊断及分期 淋巴转移 远处转移 探测未知原发肿瘤（UPT） 探测肿瘤复发：鉴别活动性与 非活动性病变 治疗：监测治疗反应、评价预后 帮助制定放疗计划 华西医院 范成中18FDG PET/CT在肿瘤学中的应用 诊断： 肿瘤（一）、肿瘤的

19、诊断及分期评价孤立性肺结节良恶性的危险度肿瘤的分期 淋巴转移 远处转移 (确定区域淋巴结转移的范围;探测远处转移; 同步确定原发肿瘤) 华西医院 范成中（一）、肿瘤的诊断及分期评价孤立性肺结节良恶性的危险度华西医传统方法对肺癌的诊断效能CT敏感性 96,5% (meta-analysis)特异性 55,8% (meta-analysis)经胸廓穿刺活检不能获得诊断 8%44% 良性病变25%气胸 (5% 需要引流)Gould MK et al., Ann Int Med 2003; 128:724-735华西医院 范成中传统方法对肺癌的诊断效能CTGould MK et al.,PET对肺癌的

20、的诊断效能PET是鉴别直径大于1cm孤立性肺结节良、恶性的最佳方法。PET 敏感性 94% 特异性 83% Radiology 2006;239(1):34-49华西医院 范成中PET对肺癌的的诊断效能PET是鉴别直径大于1cm孤立性肺结孤立性肺结节(良性)PALateralCT（）PET(-)PET 3D Projection(-)华西医院 范成中孤立性肺结节(良性)PALateralCT（）PET(-)孤立性肺结节(恶性)华西医院 范成中孤立性肺结节(恶性)华西医院 范成中63岁，男性，近期诊断肺癌诊断：原发性肺癌 纵隔淋巴结转移 右侧声带麻痹左侧肾上腺转移华西医院 范成中63岁，男性，近

21、期诊断肺癌诊断：原发性肺癌右侧声带麻痹华西医食道癌分期：39岁，男性，食道中、下段腺癌。PET/CT显示：原发肿瘤内FDG摄取异常增强。此外，T7见FDG摄取异常增浓，提示肿瘤转移。CT显像骨窗未见T7椎体有溶骨性破坏。 华西医院 范成中食道癌分期：39岁，男性，食道中、下段腺癌。PET/CT显示（二）、探测未知原发肿瘤（UPT） Immunohistochemistry FDG-PET/CT 选择最佳治疗方案 华西医院 范成中（二）、探测未知原发肿瘤（UPT） Immu 体检发现患者左侧颈部有直径3cm的肿块。(A) 对比增强CT示左侧颈部占位性病变。此外，除显示可疑双侧扁桃体窝结构不对称外

22、，未发现原发肿瘤病灶的确切证据。左颈部的肿块细针穿刺活检证实为淋巴结转移性鳞状上皮细胞癌。（B）18F-FDG 和（C）PET/CT清晰显示原发肿瘤位于左侧扁桃体窝，经内镜组织活检证实为鳞状上皮细胞癌。华西医院 范成中 体检发现患者左侧颈部有直径3cm的肿块。(A) 对（三）、探测肿瘤复发 鉴别活动性与非活动性病变 华西医院 范成中（三）、探测肿瘤复发 鉴别活动性与非活动性病右肺癌切除术后： 主动脉肺窗肿瘤复发华西医院 范成中右肺癌切除术后： 小细胞肺癌肝转移： CT 和 PET 不一致CT（-） 华西医院 范成中小细胞肺癌肝转移： CT 和 PET 不一致CT（-） 华小细胞肺癌肝转移： C

23、T 和 PET 不一致PET（+）华西医院 范成中小细胞肺癌肝转移： CT 和 PET 不一致PET（+）华68 Yr M，胃腺癌部分胃切除术后3年，常规胃镜随访发现残胃息肉样肿块，活检病理提示：可疑胃癌复发。 18F-FDG PET/CT进一步求证排除胃癌复发。PET：胃区FDG摄取增高。PET/CT：准确定位FDG增高影位于残胃，CT所见可疑息肉样肿块无FDG摄取。进一步随访7月后未见复发或转移征象。华西医院 范成中68 Yr M，胃腺癌部分胃切除术后3年，常规胃镜随访发现残（四）、PET/CT在监测治疗反应 及评价预后中的作用华西医院 范成中（四）、PET/CT在监测治疗反应 及评价预后Before8 days24 weeksFDG-PET: Imatinib治疗GIST的疗效监测(Demetri et al., NEJM 2002; 347:472)华西医院 范成中Before8 days24 wee