分子影像学概述

    分子影像学的出现是医学影像学发展史上的又一个里程碑，国家科技部、卫生部、国家自然科学基金委对分子医学、分子影像学的研究给予了高度的重视。然而，分子影像学毕竟是刚刚起步，极需多学科合作，尤其是跨学科间的交流与合作，才能促进分子影像学研究的顺利开展。

分子影像学概念

    分子影像学（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。因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，而经典的影像诊断（X线、CT、MR、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法，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。

分子影像学意义

    众所周知，人类基因组计划的完成，为不久的将来实现个体化危险因素/预防/医学干预提供了可能。伴随不断涌现的“组科学”（omics），如（功能）基因组学/蛋白组学、药物基因组学等研究进展及系统生物学的推广，个体化医疗（personalized medicine）正从思辩走向临床。分子影像学，能够无创/微创、可重复提供在体/定量/实时/可视化分子/基因信息，甚至多分子相互作用信息。这些独特、真实的个体信息，正是个体化医疗的前提。分子影像学是诊断组学的重要部分，不仅是基础研究中具有诸多优势的重要技术手段，而且将成为基础研究成果转化到临床应用的重要桥梁，在这场医学革命与未来医学实践中发挥着纽带作用。另外，随着多功能纳米材料的进展，分子影像学必将进一步淡化诊断与治疗的界限。分子影像学的进展与靶向治疗学（targeting therapeutics）相辅相成；分子影像学可以解决靶向治疗面临的诸多关键问题，如在分子水平实时评价治疗效果。分子影像学在药物开发过程中也具有巨大优势。分子影像学必将成为预防疾病与优化临床医学干预决策的又一里程碑，在个体化医学模式中起主导作用。

分子影像学成像原理

    分子影像学融合了分子生物化学、数据处理、纳米技术、图像处理等技术，因其具有高特异性、高灵敏度和图像的高分辨率，因此今后能够真正为临床诊断提供定性、定位、定量的资料。由此可见，分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合。分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针综合输入到人体内，用它标记所研究的“靶子”（另一分子），通过分子影像技术，把“靶子”放大，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，达到显示活体组织分子和细胞水平上的生物学过程的目的，从而对疾病进行亚临床期诊断和治疗。

分子影像学的难点

    然而，分子影像学技术平台的建立，还有许多亟待解决的问题。如MR分子成像的敏感性差；核医学技术的空间分辨率低；光学成像背景噪音大、组织穿透性低；探针免疫原性与体内运输；以及各成像手段数据整合与后处理等。分子影像学起源于分子/细胞生物学以及成像技术与化学，其发展的主要基础不是影像设备硬件的研发，而是分子生物学的进展与探针的开发。分子影像学作为一门新兴学科，具有多学科交叉和融合的特征。以生命科学问题为核心，积极汲取“基础动力学科”的发展成果，多学科、多角度交叉合作，注重技术融合与设备革新，是分子影像学发展的要义。从分子影像学研究的核心内容分析，没有一个合理的团队，对于广大临床影像学工作者而言，开展卓有成效的研究工作近乎不可想象。

分子影像学需要跨学科合作

    也正因为各种成像技术各有利弊，存在各种难点，因此，常常需要进行跨学科、多角度的交叉与合作，这里面既需要生命科学从分子水平提出亟待解决的问题，也需要物理、化学、生物数字、信息学等学科发展适应分子影像学研究的理论与技术，并应用于该领域。同时，需结合当代前沿的纳米科学技术。然而，缺乏多学科的合作成了阻碍分子影像学发展的瓶颈，尤其缺乏与生物、化学、物理、工程、计算机等相关学科的交流和合作。比如，在分子探针的设计、制备以及表征分析中，就需要生物工程、生物化学等相关专家的密切配合。因此，跨学科的专家们首先要坐在一起，寻找共同感兴趣的目标。

分子影像学的人才培养

    把握现代医学影像发展趋势与特征，推动我国医学影像学事业发展，人才培养是关键。设置合理医学影像学学科体系，按照学科发展的需要，培养新型医学影像学人才，是当务之急。在各个领域大力宣传分子影像学研究计划，它不仅是优势研究平台，更是由基础研究向临床转化的重要途径。尤其是放射学工作者不熟悉此新兴交叉学科，知识结构需要更新。高等学府教育是培养人才的世袭领地，但目前医学影像学教材几乎没有涵盖分子影像学的内容。编写相配套教材，将分子影像学基本原则、研究方法、发展趋势与进展等列入基本训练内容。在放射工作者中，重视医学影像学发展的“基础动力学科”的教育，如分子生物学、医学工程学、合成化学及信息科学等。关注生命科学进展，积极发挥影像医学在其中的作用。国家级分子影像学学术机构亟须建立。将分子影像学作为继续教育的重要内容之一，开展相关专业的培训与交流。与临床学科的交流合作应该在更加广泛与更深层展开。积极引进相关专业的高素质人才参与分子影像学研究。

分子影像学评价

    在分子影像学中，一个关键问题是如何客观地评价传递和表达的效果，特别是在体（动物或人体）进行评价。目前显示基因表达情况的方法分为有创性以及无或小创伤性两大类。如果要对体内特殊分子或（和）基因成像，必须满足4项必备前提：高亲和力的探针，且该探针在体内有合理的药代动力学行为；这些探针可穿透生物代谢屏障，如血管、间叶组织、细胞膜等；化学的或生物的信号扩增方法；敏感、快速、高分辨率的影像技术。

分子影像学对影像医学的影响

    至此，影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营：经典医学影像学：以X线、CT、MR、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能；以介入放射学为主体的治疗学阵营；分子影像学：以MR、PET、光学成像及小动物成像设备等为主，可用于分子水平成像。三者是紧密联系的一个整体，相互印证，相互协作，以介入放射学为依托，使目的基因能更准确到达靶位，通过分子成像设备又可直接显示治疗效果和基因表达。因此，分子影像学对影像医学的发展有很大的推动作用，使影像医学从对传统的解剖、生理功能的研究，深入到分子水平的成像，去探索疾病的分子水平的变化，将对新的医疗模式的形成和人类健康有着深远的影响。

小结

    无论如何，分子影像学尚处于婴儿期，后面还有很长的路要走，目前的工作仅仅是分子医学的开端，随着疾病发病机理研究的进一步深入，分子医学更多研究成果应用于临床疾病的基因诊断和治疗，分子医学与临床跨学科合作将拓宽和加强，通过多学科的互动推动分子影像学的健康发展。那时的医学影像科将更加开放、趋向生物化学、生物物理学、生物工程学和医学影像等多学科融合发展。

（本文作者：南京军区南京总医院医学影像研究所（210002）　　王骏）

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