分子成像技术及应用
医学临床分子影像技术的研究与应用
医学临床分子影像技术的研究与应用随着科技发展以及医学技术的不断更新，分子影像技术在医学领域已得到广泛应用。
医学临床分子影像技术能够提供准确、非侵入性、无创伤的医学影像结果，成为了现代医学领域重要的检查手段。
分子影像技术旨在帮助医生了解患者个体差异以及疾病的发生机理，从根源上探究疾病的机制，以便为患者提供更加准确的诊断及治疗方案。
一、临床分子影像技术的概念医学临床分子影像技术是以核医学、影像学、光学等技术为基础，应用生物学、生物化学、药理学等学科的理论与方法，通过功能、代谢和分子水平的影像化技术，对人体生命过程和疾病发生改变进行研究和诊断的医学技术。
该技术是继传统辐射医学、影像学等技术之后的一种新的医学检查手段。
与传统医学技术相比，它具有非侵入性、高效率、高分辨率等优点。
二、临床分子影像技术的种类1. 正电子发射断层成像（PET）正电子发射断层成像技术是一种分子影像技术，它使用融合的分子成像和计算机成像技术来诊断和治疗疾病。
它可以通过对人体内各种放射性示踪剂的注射，观察它们在人体内的分布、代谢、转化等情况，以便了解人体内的生物过程的变化，进而诊断和治疗疾病。
2. 磁共振（MR）磁共振成像技术是一种基于核磁共振原理的成像技术，它可以直接观察人体内部不同组织结构的形态，对疾病的诊断和治疗有重要意义。
3. 单光子发射计算机断层成像（SPECT）单光子发射计算机断层成像技术利用融合了放射性示踪剂标记和SPECT成像技术的方法，能够更准确地检测出人体内一些未知疾病，如癌症、心血管等疾病。
三、临床分子影像技术的应用领域临床分子影像技术涉及领域广泛，主要应用于以下方面：1. 癌症诊断与治疗正电子发射断层成像技术在肿瘤诊断中得到了广泛应用。
医生通过对患者进行注射放射性示踪剂来追踪肿瘤的生长情况，以便实现准确、无创伤的肿瘤诊断。
2. 心血管系统重大疾病的诊断心脏病在医学领域中处于重要地位，而临床分子影像技术在心脏病的诊断上也有着广泛的应用。
分子影像学技术在药物研究中的应用
分子影像学技术在药物研究中的应用分子影像学技术是一种非侵入性的医学影像学技术，能够观察人体和动物体内分子水平的变化，从而探究生物化学反应和生物过程发生的机制。
在药物研究中，分子影像学技术被广泛应用，可以帮助科学家评估药物的疗效和安全性，加速药物研发过程。
分子影像学技术的几种应用1.正电子发射断层显像术正电子发射断层显像术（PET）是一种通过测量放射性同位素的放射性衰减，来检测人体或动物体内分子的技术。
当放射性同位素被注射到体内时，它们会放射出正电子。
当正电子碰到体内的负电荷分子时，会释放出两个伽马光子，并且这两个光子是互相背向的。
接下来，这两个光子就可以被检测器探测到了，从而通过计算机还原出体内分子的分布情况。
在药物研究中，PET可以用来评估药物在体内的代谢和分布情况，帮助科学家预测药物的疗效和副作用风险。
2.单光子发射断层显像术单光子发射断层显像术（SPECT）是一种通过测量同位素的放射性衰减，来检测人体或动物体内分子的技术。
与PET不同的是，SPECT所使用的放射性同位素是放射性核素。
这种放射性核素具有事半功倍的效果，它能够诱发射出一束伽马光子，从而检测区域内的放射元素。
在药物研究中，SPECT可以用来评估药物在体内的代谢和分布情况，帮助科学家预测药物的疗效和副作用风险。
3.核磁共振成像核磁共振成像（MRI）是一种利用外部磁场和无线电波来探测人体或动物体内分子影响磁场的能力的一种技术。
在MRI中，人体或动物体内的分子会受到磁场的作用，从而发出无线电波信号。
这些信号被接收并处理后，就可以生成一张视觉化诊断图片。
在药物研究中，MRI可以用来评估药物的疗效和副作用，在药物研发的过程中发挥重要的作用。
4.计算机断层摄影计算机断层摄影（CT）是一种通过使用X射线来检测人体或动物体内分子的技术。
在CT中，人体或动物会被置于一台旋转的X射线机内，从而生成多个二维图片。
这些图片可以由计算机进行重建，从而生成一张三维视觉化诊断图片。
单个分子成像技术的研究和应用
单个分子成像技术的研究和应用单个分子成像技术是一种非常先进的生物成像技术，能够在单个分子水平上研究生物学中的许多重要问题。
它已经成为生物领域重要的研究工具之一，被认为是生命科学领域的突破性科技之一。
单个分子成像技术的基本原理单个分子成像技术是基于单个分子自发荧光的原理研制出来的。
自发荧光是指在没有外界激发光的情况下，生物分子自身能发射荧光的现象。
利用这种现象，研究人员可以跟踪单个分子在细胞内的运动和相互作用。
对于大多数蛋白质而言，它们是没有自发荧光的。
因此，研究人员可以通过引入荧光标记的手段来实现单个分子成像的目的。
一般采用的方法是将荧光标记分子与待研究的蛋白分子进行结合，从而把荧光引入到蛋白分子中，实现单个分子成像。
单个分子成像技术的研究进展随着单个分子成像技术的不断发展，越来越多的方法被应用到实际的研究工作中。
例如，光学显微技术中的PALM技术和STORM技术，能够在细胞或组织的水平上获得高分辨率的图像；单个荧光分子跟踪技术，能够研究分子在细胞内的运动和相互作用等。
关于单个分子成像技术的应用，目前已经有很多的研究成果，下面我们对其中一些领域进行简要的介绍。
蛋白质分子的机械特性单个分子成像技术可以用来研究蛋白质分子的力学性质。
这类工作中，研究人员会在基质表面上放置一个微小的尖锐簇，然后利用光学显微镜观察单个蛋白质分子在这个簇上的运动情况，从而研究细胞介质对蛋白质分子的机械特性。
蛋白质酶的催化过程通过单个分子成像技术，研究人员能够实时地跟踪蛋白质酶酶活过程的各个环节。
例如，在研究人员的实验中，针对大肠杆菌转录酶的研究工作中，观察到了这个酶在整个催化过程中的各个状态，如绑定、解离、覆盖等。
蛋白质分子与底物的相互作用单个分子成像技术还可以用于研究蛋白质分子与底物之间的相互作用。
在这个研究领域中，研究人员可以用蛋白质标记荧光标或在表面上涂覆单个分子，然后跟踪它们之间真实的相互作用情况，这对于研究底物运动和扩散等基本问题有着重要的意义。
新型分子影像技术的发展和应用
新型分子影像技术的发展和应用随着医学科技的不断发展，影像技术也得到了前所未有的发展。
影像技术已成为医学诊断的重要手段之一。
其中最为重要的技术之一就是分子影像技术。
分子影像技术是将分子水平的信息转化为影像信息，可以用于研究人体内生物分子的代谢、结构和功能。
本文将介绍新型分子影像技术的发展和应用。
一、单光子发射计算机断层扫描单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是一种影像技术，它是利用射线透视原理，将放射性核素注入生物体内，经过一定时间后，探测器可以检测核素发出的放射线，从而生成图像。
SPECT技术应用于各种人体器官的检测，如心血管，神经系统和免疫系统，以及癌症等疾病的检测。
它可以通过检测体内受损组织的能力，确定组织是否正常。
二、正电子发射断层扫描正电子发射断层扫描（PET）是一种另类的分子影像技术。
它允许查看分子和代谢的信息。
PET通过放射性核素注入到人体内，标记比较物质，然后通过探测器检测放射性核素的发射，从而生成一系列三维影像。
PET技术广泛应用于癌症的诊断，已被验证为一种非常有潜力的方法。
三、荧光分子影像技术荧光分子影像技术是基于荧光性质开发的一种分子影像技术。
它利用化学分子的荧光性质，将一种荧光染色剂注入某个器官或组织中，然后利用荧光探测器检测荧光强度，从而获得荧光图像。
这种技术应用于生物学研究，特别是细胞生物学研究中。
它也可以在癌症研究中起着较为重要的作用。
四、核磁共振成像技术核磁共振成像技术（MRI）是一种非侵入性分子影像技术。
它使用自然的磁场产生的信号，使得人体内分子呈现出来，从而获得高度清晰的影像。
MRI可以侦测器官、组织及各种病变。
这种技术具有非侵入性、无辐射、高度清晰的优点，因此被广泛应用于医学、生物和化学等领域。
五、新型分子影像技术的应用分子影像技术在诊断中发挥了越来越重要的作用。
鉴于它可以检测分子水平的信息，这种技术可以被用于人体代谢的诊断和疾病的检测。
它也可以帮助医生诊断某些疾病的类型和MDR多种耐药性的情况。
单分子成像技术在生命科学中的研究与应用前景
单分子成像技术在生命科学中的研究与应用前景随着科技的不断进步，人类对于生命科学方面的探究也越来越深入。
其中，单分子成像技术是近年来备受关注的一种先进技术。
该技术通过对生命体内单个分子的显微观测，可以实现对生命科学领域的极其复杂的机制和过程的深入研究。
而单分子成像技术之所以如此受到科学家们的青睐，源于其具有高分辨率、高灵敏度、非侵入性等优点，能够为生物学家们提供许多前所未有的探究窗口。
本文将就单分子成像技术在生命科学中的研究与应用前景进行探讨。
一、单分子成像技术单分子成像技术，简称SMT，是一种应用于生命科学领域的成像技术。
它能够对生物分子的单个分子进行定位和追踪，并记录下它们的相互作用和行为过程。
现今的SMT技术具有高灵敏度、超高分辨率等特点，可以有效地揭示一些在传统光学显微成像下无法揭示的生物过程，具有非常广泛的应用前景。
二、单分子成像技术在膜的组织构造中的应用生命体系中的膜是存储和传输能量、物质和信息的重要界面。
然而，传统的光学显微镜技术常常由于其分辨率限制无法准确显示膜的组织构造。
而SMT技术具有非常高的分辨率、灵敏度和特异性，能够克服这一问题。
在已进行的相关研究中，SMT技术得到了成功应用。
例如，对于膜上分离的分子聚集系统，SMT技术能够允许研究者直接观察到其中包含的分子数目和组织构造。
现如今，多个研究团队利用SMT技术已经在膜的组织构造研究方面取得了重要突破。
三、单分子成像技术在生物大分子相互作用研究中的应用绝大多数生命过程都涉及到生物大分子的相互作用，SMT技术在此领域的应用也十分多样。
以蛋白质互动研究为例，SMT技术可以通过单分子水平的光学探测方法，对非共价蛋白质相互作用等现象进行直接观察，使得研究者们有机会窥见这些复杂生物过程的本质。
在病原体感染和免疫应答研究方面，SMT技术也可以被用来研究宿主和病原体相互作用，并揭示它们影响细胞状态和疾病发展的分子机制。
四、单分子成像技术在神经学研究中的应用神经学研究是基于了解神经元在细胞、分子水平上的交互作用，进行对神经系统的深度研究的科学学科。
分子成像技术的发展及其在医学诊断中的应用研究
分子成像技术的发展及其在医学诊断中的应用研究一、前言分子成像技术是近年来医学成像领域中颇受关注的技术之一。
与传统医疗成像技术相比，分子成像技术可以对生物体内分子的状态、位置等进行高精度的成像，为临床诊断和科学研究提供了更为可靠、准确的数据支持。
本文将从分子成像技术的发展历程和优势出发，研究其在医学诊断中的应用前景。
二、分子成像技术的发展历程目前，分子成像技术主要包括存活体内成像技术、离体组织分子成像技术和生物分子探针成像技术。
1. 存活体内成像技术存活体内成像技术以核磁共振（MRI）、放射性核素显像（SPECT）和正电子发射计算机断层扫描（PET）为代表。
MRI成像技术以功能偏用成像（fMRI）为代表，通过对特定功能区域活动的显著增加进行成像，揭示了人脑功能区域之间的联系，这一技术已被广泛应用于神经科学研究和临床神经疾病的诊断中。
SPECT成像技术用于体内显影放射性核素的取代量分布情况。
相对于MRI，其分辨率较低，成像信息量也相对较少。
因此，SPECT常应用于肿瘤、神经精神症状、心血管疾病等诊断中。
PET成像技术应用于生物体内活性分子的成像，如葡萄糖代谢、肿瘤标记物、神经受体等方面。
PET的分辨率较高，成像信息量丰富，成像效果更为准确。
因此，在临床肿瘤、神经精神症状等医学领域中具有重要的应用前景。
2. 离体组织分子成像技术离体组织分子成像技术指在解剖学标本化学分析后，通过生成化学成像进行对该标本的成像和分析。
这种方法可以提供有关标本内部不同成分的分布，包括蛋白质、细胞、脂肪组织等成分的定位和分布状况。
3. 生物分子探针成像技术生物分子探针成像技术利用人工合成的具有特殊光学、磁学、核磁学、生物发光学等性质的分子探针，对特定类型的生物分子组分进行成像和测量。
这种方法可以对生物内部分子的结构、功能、分布等进行高效率的成像分析。
三、分子成像技术在医学诊断中的应用由于其高灵敏度、高分辨率、高特异性，分子成像技术已被广泛应用于各类医学诊断和科学研究中。
分子光学成像技术的发展与应用
分子光学成像技术的发展与应用分子是物质世界最基本的组成部分之一，分子的结构和性质决定了物质的特性和功能。
因此，对分子的研究是化学、生物学等众多领域的基础。
分子光学成像技术作为一种新兴的方法，对分子的结构和行为进行了非常细致和精确的观察和研究，受到越来越多的关注和重视。
一、分子光学成像技术的发展历程分子光学成像技术具有高分辨率、非破坏性和实时性等特点，是分子研究领域中的一项重要技术。
随着技术的不断发展，分子光学成像技术的应用范围也在不断扩大。
下面，我们来简要介绍分子光学成像技术的发展历程。
1.原子力显微镜（AFM）20世纪80年代，原子力显微镜（AFM）的出现开辟了新的分子成像技术领域。
它采用一种探针在分子表面扫描，利用分子和探针之间的相互作用进行成像。
2.荧光共振能量转移（FRET）20世纪90年代，荧光共振能量转移（FRET）成为了一种新兴的分子成像技术。
它可以在分子水平观察分子之间的相互作用和结构变化，是生物分子相互作用的研究中不可或缺的一种技术手段。
3.单分子光学显微镜（SOM）21世纪初，单分子光学显微镜（SOM）的出现标志着分子光学成像技术进入了一个全新的阶段。
它能够对单个分子进行直接观察和分析，为研究单个分子的结构、功能和相互作用提供了新的思路和方法。
4.四维电子显微学（4D EM）最近，四维电子显微学（4D EM）作为一项新兴的分子光学成像技术，具有极高的分辨率和时空分辨率。
它可以对生物分子的精细结构和动态变化进行高精度的描述和研究。
二、分子光学成像技术的主要应用领域分子光学成像技术已经在生物、化学、物理等许多领域得到了广泛应用。
下面，我们来简要介绍一些应用领域。
1.生物医学分子光学成像技术在生物医学领域具有广泛的应用前景。
它可以实时观察和研究分子在细胞内、组织内的分布和相互作用，进而探究生命过程的机理和疾病的发生、发展。
例如，单分子光学成像技术可以用于研究蛋白质结构和功能，荧光共振能量转移技术可以用于研究蛋白质与蛋白质之间的相互作用。
分子影像技术在生物医学中的应用
分子影像技术在生物医学中的应用作为一项关键的生物医学技术，分子影像技术不断得到优化和发展，已经成为生物医学领域的基石。
随着现代技术的不断发展，分子影像技术不断推动生物医学的发展，为人类的健康做出了不可磨灭的贡献。
什么是分子影像技术？分子影像技术是生物医学领域中的一种高精度的检测技术。
通过深入研究物质的分子结构和生理功能，该技术能够在皮肤之下、骨骼和组织内部进行检测，同时还能显示生物分子的内在活动。
分子影像技术在患病早期就能够发现潜在的病变，提供精确的病患评估，帮助医生针对病症进行更好的治疗。
分子影像技术的应用领域生物医学领域的成果往往直接涉及人类健康和生存，而分子影像技术在该领域中的应用非常广泛。
目前，分子影像技术已经能够在癌症、神经系统疾病、心血管疾病、代谢疾病等领域进行检测并确诊。
这是通过使用分子影像剂，在活体内导入成像探针，进而根据预设的对比影像比对目标部位产生异常的地方进行精确检测。
在癌症诊断方面，分子影像技术几乎成为标准工具。
它可以检测某些肿瘤和癌症的发展过程，为癌症治疗提供有效的数据和依据。
一些分子影像剂甚至能够选择性地藏进肿瘤细胞内，使得癌细胞可以清晰可见，为精准治疗提供了路线图。
在心血管疾病诊断方面，分子影像技术可以深入了解心血管的精细结构和血管的堵塞情况，为相关疾病的治疗提供重要的数据。
分子影像技术的优势分子影像技术与常规的检测方法相比具有明显的优势。
这种技术更加灵敏，能够在疾病最初的阶段检测到问题所在，具有更高的可信度和准确性。
由于不需要侵入性操作，该技术不会对患者造成任何痛苦。
分子影像技术还可以跨越不同科学学科进行综合研究，例如蛋白质化学、生物物理学和生物化学等领域，使研究人员能够开展更加综合、全面的研究。
分子影像技术的局限性分子影像技术因其高成本、技术复杂性以及仪器成本而被限制在医疗机构的应用。
另外，由于该技术主要依赖于分子剂量扫描和计算机成像技术，因此可能对受体组织或器官对分子检测剂的响应产生质量问题。
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分子成像技术及应用摘要:分子成像作为一个近些年发展起来的崭新学科领域，是许多技术的简称，这些技术能够让研究人员看到身体内的基因、蛋白质和其他起作用分子，使疾病在基因水平上的早期诊断和监测以及更进一步地微观评价疗效成为可能。
同时，体内分子成像可在机体完整的微环境状态下观察生物系统的病理过程。
此外，与现今费时耗力，且有创的检查技术如组织活检分析技术相比，分子成像还可提供更为优越的三维信息。
未来10年内分子成像可能取代乳房X线照片、活体检查和其他诊断技术。
它使细胞功能可视化，并且能在生物活体内部无创地跟踪分子过程。
该领域的技术还可以用于许多疾病诸如癌症、神经和心血管疾病的早期诊断。
同时，这项技术还可以通过优化新药物的临床前和临床测试来改进临床治疗，这将会由于其早期和准确的诊断而带来很大的经济影响。
可以预见分子成像技术的迅速发展可能导致临床医疗的重大变革。
关键词: 分子成像; 分子探针; 荧光成像; 核磁成像; 量子点医学影像技术的发展可以分成结构成像、功能成像和分子成像三个阶段。
分子成像，广义地可定义为在分子与细胞层次上对活体状态下的生物过程进行定征和测量。
这一定义强调“活体状态”( in vivo)，强调对“生物过程”的定量测量，强调在“分子与细胞层次上”的测量而不强调对分子或细胞本身的测量。
也有人给出了另一个对生物医学工作者来说更完善的定义:“利用体外成像检测器在细胞和分子层次上对活体动物、模型系统和人体的生物学过程进行定征和测量”[ 1] 相对于传统的活检，分子成像的特点是: 无创检测，动态采集和全面反映。
分子成像技术涉及信息科学、放射医学、化学物理学、生物学、核医学和临床医学等多个学科[1]，它是一门新兴的交叉学科。
近年来，由于红偏移光蛋白、感应荧光底物、近红外靶标荧光造影剂等具有较高组织穿透力的荧光探针技术有了长足的发展，荧光成像技术开始用于小动物模型内部特异生物大分子活动规律的在体跟踪和测量。
光学分子成像技术是整个领域新的热点研究方向，核素标记的分子成像是当今分子成像的主流，核素标记的分子成像虽然已经应用于临床，但是仍然存在大量需要解决的基础科学问题。
荧光标记的光学分子成像正处于发展的初期，是分子影像学领域面临突破的重点研究方向。
在以上提到的分子成像技术中，光学成像技术具有其他模态无法同时兼有的优点而在此领域备受关注，因为它在特异性、灵敏性、实时性和安全性等一系列重要指标上具有明显的优势。
尽管光学分子成像理论和技术在很多方面远未成熟，但它在生命科学研究中却具有重要的应用价值，已经引起了研究人员的广泛重视。
1 分子成像的关键技术分子成像的关键技术主要包括分子探针技术、系统测量技术以及数据分析与处理技术三个方面。
1．1 分子探针技术分子探针是一种特殊的分子, 它是分子成像技术的关键, 它将特殊分子引入组织体内与特定的分子(被称为靶分子)特异性结合时产生信号, 在体外可采用核磁共振(MRI) , 正电子发射计算机层析( PET) 、CT和单光子发射计算机层析(SPECT)、超声以及光学设备进行成像[2]。
表1列出了各种分子成像设备中的分子探针特性。
对小分子荧光探针来说, 一般由两部分组成: 荧光团以及与受体专一性高亲和力结合的配体。
受体与目标蛋白质融合, 通过受体与配体的相互作用来标记蛋白质。
在分子成像中, 对小分子荧光探针的要求是: 能够与受体专一性稳定结合, 使其在进行监测的较长时间(几个小时)内保持稳定性; 应该可以穿过细胞膜并且无毒; 探针尽可能地设计成一定的模式, 使得多种荧光团能够方便地结合, 背景噪音水平尽可能低。
选择合适的受体可以实现对蛋白质位点专一性结合。
对于受体的选择有以下两个要求:1、受体与目标蛋白质融合后必须能够被基因表达; 2、受体应该尽可能小, 以致不干扰目标蛋白质的正常生理功能,因此较理想的受体是一段短序列的肽链并且能够插入目标蛋白质的许多位点。
而选择适合的受体-配体对可以实现对蛋白质高灵敏度高亲和力结合。
一般说来, 受体与配体的结合应当尽可能快速进行, 有利于监测时间敏感性的生理过程。
受体-配体的作用一般包括半抗原-抗体、生物素-抗生物素蛋白、酶-底物、联砷荧光物质与富含半胱氨酸的肽链之间的作用等。
常见的荧光分子探针有: FLASH 型探针、AGT 型探针、H a lo Tag 型探针、PCP、ACP 型探针、F36V 型探针、“C lick”反应型探针等[3]。
表1 各种分子成像设备的分子探针特性成像设备分子探针类型定量程度分子探针使用数量对生物体的干扰是否可用于人体扫描PET 放射性同位素标记,直接或间接纳克半衰期很短的核素标记可以CT 无需探针未应用未应用辐射可以SPECT 放射性同位素标记,直接或间接纳克半衰期很短的核素标记可以超声可结合造影剂, 效果更好无可以荧光成像荧光染料或荧光蛋白标记几百万个细胞微克~毫克荧光染料可能有毒性目前没有, 在研究过程中生物体自发光成像无需探针,需底物几百个细胞毫克无目前没有1．2 分子成像技术分子成像技术包括超声、正电子发射断层成像、CT、单光子发射断层成像、光学成像和核磁共振。
超声成像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。
传统CT和超声成像技术是基于成像对象的理化特性, 反映的是疾病的终末期状态, 无法反映疾病早期发生、发展的分子变化和疾病的性质。
随着具有更高的分辨率与灵敏度的微CT 出现,这项传统技术也进入分子成像领域, 主要用于肿瘤学和骨科方面的研究。
1. 2. 1 核磁成像核磁共振的基本原理是原子核能够自旋从而产生自旋磁场。
原子核带正电并有自旋运动, 其自旋运动必将产生磁矩, 称为核磁矩。
在外磁场中, 原子核自旋角动量的空间取向是量子化的。
依据核磁矩与自旋角动量的关系, 核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的。
在外磁场中, 具有磁矩的原子核具有相应的能量。
可见, 原子核在外磁场中的能量也是量子化的。
由于磁矩和磁场的相互作用, 自旋能量分裂成一系列分立的能级, 相邻的两个能级之差。
用频率适当的电磁辐射照射原子核,如果电磁辐射光子能量hv 恰好为两相邻核能级之差,则原子核就会吸收这个光子,发生核磁共振的频率条件是: hv =△hB = △hB /2π。
对于确定的核, 旋磁比可被精确地测定。
可见, 通过测定核磁共振时辐射场的频率, 就能确定磁感应强度;反之, 若已知磁感应强度, 即可确定核的共振频率。
当有外加磁场时, 原子核的磁场发生变化从而对外表现出磁性。
当没有外加磁场时, 原子核的磁场方向杂乱无章, 所以被检测目标呈磁中性。
当停止外部磁场, 被磁化的原子核把吸收的能量释放出来, 恢复到它以前的状态, 这一恢复过程为弛豫过程。
磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。
1．2．2 核素成像核素成像主要有两种模式, 即单光子发射断层成像( SPECT)和正电子发射断层成像( PET), 常用于追踪小量标记基因药物和进行基因治疗中载体的传送研究, 发现易于为核素标记的既定靶目标底物的存在等方面, 在目前的分子影像学研究中占据着极其重要的地位。
由于伽玛射线具有很强的组织穿透性, 较高的探测灵敏感性不会因为分子探针深度的增加而减弱。
核素成像最显著的优点是具有较高的灵敏度。
PET的不足之处是需要回旋加速器产生放射性同位素, 而同位素的半衰期较短, 且不宜同时检测多种探针, 且设备价格昂贵。
相对PET 来说, SPECT最大的缺点就是只能够进行半定量分析。
1．2．3 光学分子成像技术活体动物体内光学成像主要有荧光成像和生物体自发光成像两种技术。
荧光技术则采用荧光报告基团( GFP、RFP), 或Cy t及Dyes等荧光染料进行标记, 利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光就可以形成体内的生物光源, 利用灵敏的光子成像技术可以从动物体表检测到组织内部的生物光源,使研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。
常用的有红色荧光蛋白( DsRed)、绿色荧光蛋白( GFP)及其他荧光报告基团, 标记方法与体外荧光成像相似。
荧光成像的优点是费用低廉和操作简单。
红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多, 因此观测生理指标的最佳选择为近红外荧光。
目前的技术采用不同的原理来尽量降低背景信号, 从而获取机体中荧光的准确信息, 这以GE - ART公司的时域( T im e- Dom a in, TD)光学分子成像技术及精诺真公司和CR I公司采用的光谱分离技术为荧光成像的主要代表。
对于生物体自发光成像和荧光成像来说, 后者的缺点是自荧光背景相当程度地限制了探测灵敏度, 优势在于多数荧光探针具有设计上的高度特异性和较高的量子效率, 因而可产生适合现有探测技术的稳健信号; 而生物体自发光成像的成像物体不需要外源激发, 无自荧光背景干扰问题, 具有超高的灵敏度, 但微弱的自发光信号对探测技术提出了极高的要求, 并且该模态原则上不能用于临床应用, 仅限于基因工程细胞或转基因类动物。
总的来说, 光学成像价格较低廉且具有一个显著优点, 即它允许具有不同光谱特征的探针进行多通道成像。
生物发光是用荧光素酶基因标记细胞或DNA。
目前应用较多的报告基因是萤火虫荧光素酶基因, 其基因表达产物萤火虫素酶可以和从体外导入的萤火虫素( Lucifer in)发生反应而发出近红外荧光, 并可被CCD相机捕获。
自1997年Contag 首次观察到表达Fluc基因的转基因小鼠在注入荧光素酶底物后的生物发光现象以来, 荧光素酶被广泛应用于小动物成像技术。
由于生物组织一般在红外线范围( > 900 nm )及可见光范围( 350 ~ 600 nm )有较高的光吸收; 而在近红外区域( 600~ 900 nm )生物分子的光吸收降到最低, 大量的光可以穿过组织和皮肤而被检测到。
生物发光的最大特点是极高的灵敏度。
表2和表3分别列举了各分子成像设备的探测特性以及各分子成像方法的应用领域和优缺点。
表2 各分子成像设备的探测特点成像设备成像辐射光谱空间分辨率深度时间分辨率灵敏性PET 高能量射线1~ 2 mm 无限制s~ min 10~ 10mol/L CT x射线50~ 200 um 无限制min 未测量SPECT 低能量射线1~ 2 mm 无限制min 10- 10~ 10- 11mol/L 超声高频率声波50~ 500 um mm ~ cm s~ min 可能10- 9 ~ 10- 12mol/L荧光成像可见光, 近红外光2~ 3 mm 小于1 cm s~ min 可能10- 9 ~ 10- 12mol/L生物体自发光成像可见光3~ 5 mm 1~ 2 cm s~ min 可能10- 15 ~ 10- 17mol/L表3 各分子成像方法的应用领域及优缺点成像设备主要应用领域优点缺点MR I 形态学极高的空间分辨率,结合形态学和功能学成像。