(核医学)分子影像教学课件.ppt
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- 核医学 分子 影像 教学 课件
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1、第1页,共74页。Artificial kidneyX-RayScannerElectrocardiogramCardiac pacemakerCardiopulmonary bypassAntibiotic production technologyDefibrillatorHeart valve replacementIntraocular lensUltrasoundVascular graftsBlood analysis and processingComputer assisted tomography(CT)SPECT,Gamma cameraArtificial hip and
2、 knee replacementBalloon catheterEndoscopyBiological plant/food engineeringMagnetic resonance imaging(MRI)Laser surgeryVascular stentsRecombinant therapeuticsGenomic sequencingµ-arraysPositron emission tomographyImage-guided surgery1950s and Earlier1960s1970s1990s until today1980sDevelopment 21
3、st centuryPET/CTPET/MRFusion imageOptical image Anatomic Functional Molecular 第2页,共74页。分子影像 Molecular Imaging分子影像分子影像是对人或其他生物的完整活体在分子和细胞水平上的生物学过程进是对人或其他生物的完整活体在分子和细胞水平上的生物学过程进行可视化、特征化和量化检测的显像技术。行可视化、特征化和量化检测的显像技术。Molecular Imaging is a new biomedical research discipline enabling the visualization,ch
4、aracterization,and quantification of biologic processes taking place at the cellular and subcellular levels within intact living subjects including patients.(New Discipline,by Samjiv Gambhir)特点:活体、无创、可视、可重复、细胞特点:活体、无创、可视、可重复、细胞/分子水平分子水平美国医学会把分子影像学评为最具发展潜力的美国医学会把分子影像学评为最具发展潜力的10个医学科学前沿领域之一个医学科学前沿领域之一
5、 第3页,共74页。分子影像分子影像 多学科交叉领域多学科交叉领域Molecular targetsChemicalprobesImaging instruments第4页,共74页。v CTvUSv MRIv Nuclear Imagingv Optical ImagingMRIUSNuclear Imaging当今主要的影像技术当今主要的影像技术PET/CT是当今最成熟的分子影像技术是当今最成熟的分子影像技术第5页,共74页。Fused PET/CT scatter correction attenuation correctionSpiral CT:1-2 min4080 mAs;140
6、 kVpWB PET:28 min45 min uptakePETCTPET18F-FDG58 mCi I.V.C TFUSIONREST第6页,共74页。分子影像的主要内容分子影像的主要内容第7页,共74页。GlutreportertherapeuticmRNA HSV1-tkreceptorantigenLabeled ligandAbASON18F-FDGGlucose metabolismprobeProtein metabolismAmino acid metabolismhexokinasegene细胞分子靶与探针Cellular molecule target and probe
7、Annexin V第8页,共74页。分子影像 研发过程分子靶点分子靶点化学合成与标记化学合成与标记分子生物学分子生物学小动物实验小动物实验小动物显像小动物显像显像仪器显像仪器计算机处理计算机处理临床应用临床应用分子靶点探寻探针合成放射化学生物分布动物模型细胞研究基因表达靶点空间定位在体研究核素超声MRI显像图像处理重建软件数学统计人类药代临床研究总体评估microPET回旋加速器分子靶点的寻找是基础分子靶点的寻找是基础第9页,共74页。分子影像 方向及分类代谢显像代谢显像1 1受体显像受体显像4 4显像显像3 3基因显像基因显像乏氧显像乏氧显像6 6凋亡显像凋亡显像5 52 2集多种细胞、分子
8、水平显像于一身集多种细胞、分子水平显像于一身直观可视直观可视无创性无创性可重复可重复可定量可定量第10页,共74页。显像剂类型显像剂类型显像剂显像剂特特 点点主要用途主要用途葡萄糖代谢葡萄糖代谢18F-FDG反映糖代谢反映糖代谢用于肺癌、结肠癌、淋巴瘤、黑色素瘤、用于肺癌、结肠癌、淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺癌、脑肿瘤等。乳腺癌、脑肿瘤等。核苷酸代谢核苷酸代谢18F-FLT参与核酸合成参与核酸合成 反映肿瘤细胞增殖,鉴别良恶性反映肿瘤细胞增殖,鉴别良恶性氨基酸代谢氨基酸代谢11C-MET反映氨基酸转运、代谢和蛋反映氨基酸转运、代谢和蛋白质合成速度白质合成速度脑肿瘤、头颈部肿瘤、淋巴瘤和肺癌等脑肿瘤、
9、头颈部肿瘤、淋巴瘤和肺癌等 18F-FET反映氨基酸的需求反映氨基酸的需求恶性肿瘤诊断,肿瘤与炎症鉴别恶性肿瘤诊断,肿瘤与炎症鉴别 11C-choline参与磷酸化反应,反映肿瘤参与磷酸化反应,反映肿瘤细胞膜合成速度细胞膜合成速度脑肿瘤和前列腺癌诊断特异性高脑肿瘤和前列腺癌诊断特异性高氧化代谢氧化代谢11C-乙酸盐乙酸盐参与三羧酸循环,与血流和参与三羧酸循环,与血流和各种代谢有关各种代谢有关鼻咽癌、肾细胞癌、前列腺癌及盆腔肿瘤鼻咽癌、肾细胞癌、前列腺癌及盆腔肿瘤等。等。第11页,共74页。最成熟的分子影像技术 PET显像18F-FDG PET显像显像 Positron Emission Tom
10、ography正电子发射断层成像(正电子发射断层成像(PET)在肿瘤诊断中有划时代意义在肿瘤诊断中有划时代意义第12页,共74页。F-18-FDG PET:Mechanism F-18-Flurodeoxyglucos 6-P-FDG Glucose CO2+H2OCellGlucose 6-P-glucosehexokinase葡萄糖转运蛋白(Glut)细胞膜表面己糖激酶 目前最常用的PET显像剂 葡萄糖和葡萄糖和18F-FDG的分子结构比较的分子结构比较 第13页,共74页。Tumor神经与精神心肌活性Early diagnosis,staging,recurrence and metas
11、tasis,efficacy 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,是判断心肌细胞活性的“金标准”18F-FDG代谢显像临床应用第14页,共74页。分子影像 代谢显像核苷类代谢显像剂核苷类代谢显像剂18F-FLT(反映增殖反映增殖)18F-FDG 18F-FLT氨基酸代谢显像剂氨基酸代谢显像剂11C-MET(用于胶质瘤诊断用于胶质瘤诊断,JNM Cover Paper)胆碱代谢显像剂胆碱代谢显像剂11C-胆碱胆碱 (前列腺癌诊断前列腺癌诊断)除除18F-FDG 外其余的外其余的PET显像剂在肿瘤诊断中
12、应用显像剂在肿瘤诊断中应用GlioblastomaAstrocytoma第15页,共74页。分子影像分子影像-受体显像(受体显像(receptor imagingreceptor imaging)v受体显像是利用放射性核素标记的某些配体能与受体显像是利用放射性核素标记的某些配体能与靶组织中某些高亲和力的受体产生特异性结合,靶组织中某些高亲和力的受体产生特异性结合,通过显像仪器显示其功能与分布的技术。通过显像仪器显示其功能与分布的技术。v是目前显示活体受体功能与分布的惟一方法。是目前显示活体受体功能与分布的惟一方法。第16页,共74页。NSCLC 11C-PD153035显像(表皮生长因子受体)
13、天津医科大学天津医科大学.Ningbo Liu,J Nucl Med 2009;50:303308Epidermal growth factor receptor(EGFR)分子影像分子影像-肿瘤受体肿瘤受体PETPET显像显像第17页,共74页。分子影像分子影像-肿瘤受体显像肿瘤受体显像99mTc-NT受体未阻断组和受体阻受体未阻断组和受体阻断组荷结肠癌裸鼠模型显像断组荷结肠癌裸鼠模型显像A.受体未阻断组;受体未阻断组;B.受体阻断受体阻断AB荷人类小细胞肺癌裸鼠荷人类小细胞肺癌裸鼠99mTc-TOCA显像显像 Anrui.European J of Nuclear Medicine and
14、 Molecular Imaging,2006;33(supp 2):S20530min4h实验组实验组抑制组抑制组第18页,共74页。分子影像-反义与基因显像v 应用放射性核素标记人工合成的反义寡核苷酸应用放射性核素标记人工合成的反义寡核苷酸v 引入体内后与相应的靶基因结合引入体内后与相应的靶基因结合v 应用显像仪器观察其与病变组织中过度表达的目标应用显像仪器观察其与病变组织中过度表达的目标DNADNA或或mRNAmRNA发生特异性结合过程发生特异性结合过程v 显示特异性癌基因过度表达的癌组织,从而达到在基因水平早期、定显示特异性癌基因过度表达的癌组织,从而达到在基因水平早期、定性诊断性诊断
15、v 反义显像使肿瘤显像进入了基因水平,有可能成为未来反义显像使肿瘤显像进入了基因水平,有可能成为未来“分子分子影像学影像学”的重要组成部分的重要组成部分第19页,共74页。antisense imaging人工合成反义寡核苷酸人工合成反义寡核苷酸I.VLabeledimagingC-myc显示特异性癌基因过度表达的组织与病变组织过度表达的目标DNA或mRNA以碱基互补特异性结合分子影像分子影像-反义显像反义显像第20页,共74页。99mTc-Survivin ASON tumor imaging(A antisense imaging;B control imaging using unlab
16、led ASON)99mTc-Suivivin ASON 武汉协和医院武汉协和医院.GAO Zai-rong.Natl Med J China分子影像分子影像-反义显像反义显像第21页,共74页。北京大学第一医院,Lei Kang,J Nucl Med 2010;51:978986.J Nucl Med 2007;48:2028203699mTc-Small-Interference RNA(siRNAs)无创性显示移植瘤无创性显示移植瘤RAN释放释放To develop a novel 99mTc-radiolabeled method to visualize siRNA targetin
17、g of a tumor biomarker of human telomerase reverse transcriptase(hTERT)in HepG2 tumor xenografts.第22页,共74页。分子影像分子影像-报告基因显像与基因治疗监测报告基因显像与基因治疗监测重组治疗基因-报告基因感染机体机体细胞染色体DNA转录转录mRNA制造特殊蛋白质治疗疾病感染成功?转染成功?report gene 治疗基因、报告治疗基因、报告基因共表达基因共表达核素显像探测体内报告基因转录位置表达活性持续时间标记报告探针18F或124I标记tk底物(如嘌呤核苷衍生物,FIAU)被tk磷酸化停留于
18、细胞内 Reporter gene imaging and gene therapy monitoring第23页,共74页。分子影像分子影像-报告基因显像报告基因显像第24页,共74页。18F-FDG显像18F-FHBG/TK报告基因显像分子影像 报告基因显像急性心梗模型干细胞移植治疗的分子影像监测Pei Z,et al.Nucl Med Biol Pei Z,et al.Circ Cardiovasc Imaging第25页,共74页。HSV1-tk/FIAU报告系统在心脏报告基因显像中的应用报告系统在心脏报告基因显像中的应用武汉协和医院武汉协和医院.兰晓莉兰晓莉,Nucl Med Bio
19、l,中华核医学杂志等中华核医学杂志等 From Cell level From Ex Vivo level(autoradiography)From In vivo level(SPECT imaging)武汉协和医院武汉协和医院第26页,共74页。In control group rats were trasplanted by BMSCs without transfected Ad/EGFP/NIS In NIS group rats were trasplanted by BMSCs with transfected Ad/EGFP/NIS.And there were signifi
20、cant accumulated radioactivity in the rat myocardium In perchloricum group rats were managemented as NIS group and administrated sodium perchlorate before performed SPECT 24 hours.rNIS as reporter gene for noninvasive monitoring of rBMSCs transplanted into rat myocardium武汉协和医院胡硕.Molecular Imaging,20
21、11对照:移植细胞未转染基因对照:移植细胞未转染基因抑制组:过氯酸盐预处理抑制组:过氯酸盐预处理实验组:移植细胞转染实验组:移植细胞转染NIS基因基因第27页,共74页。分子影像分子影像-放射免疫显像研究放射免疫显像研究v 放射免疫显像放射免疫显像(RII)与放射免疫治疗与放射免疫治疗(RIT)v 开发开发Fab、F(ab)2、Fab、ScFv(单链抗体),甚至超变区肽(单链抗体),甚至超变区肽段(分子识别单元)为发展方向。段(分子识别单元)为发展方向。radioimmunoimaging,RII第28页,共74页。分子影像 放射免疫显像抗体标记CEA第29页,共74页。分子影像分子影像-凋亡
22、显像(凋亡显像(apoptosis imagingapoptosis imaging)v程序性细胞死亡又称细胞凋亡,是近些年人们关程序性细胞死亡又称细胞凋亡,是近些年人们关注的话题注的话题v凋亡细胞的死亡与细胞坏死不同,凋亡是一种可凋亡细胞的死亡与细胞坏死不同,凋亡是一种可诱导的有机组织死亡的能量需求形式,其细胞的诱导的有机组织死亡的能量需求形式,其细胞的消失不伴有炎症反应出现,而坏死则是混乱无序消失不伴有炎症反应出现,而坏死则是混乱无序的,没有能量需求,导致局部炎性改变,常常继的,没有能量需求,导致局部炎性改变,常常继发于突发的细胞内成份释放发于突发的细胞内成份释放第30页,共74页。注射显
23、像剂后注射显像剂后6h生理盐水生理盐水1h生理盐水生理盐水24h环磷酰胺环磷酰胺1h环磷酰胺环磷酰胺24h化疗药物能够诱导肿瘤细胞凋亡核素凋亡显像能够活体显示凋亡武汉协和医院武汉协和医院.兰晓莉兰晓莉.中华肿瘤杂志中华肿瘤杂志,2008,30(10):737-740.分子影像分子影像-肿瘤凋亡显像监测化疗疗效肿瘤凋亡显像监测化疗疗效第31页,共74页。Normal Rabbit plaque model10min120min动脉粥样斑块 凋亡显像T/B ratioAS rabbits30min1.770.19AS rabbits1h1.930.21AS rabbits 2h*AS rabbit
24、s 4h1.640.15Normal rabbits2h1.300.13TUNEL(600)Macrophages摄取与凋亡指数的关系武汉协和医院黄代娟等,中华核医学杂志,武汉协和医院黄代娟等,中华核医学杂志,2008,28(3):206-208第32页,共74页。分子影像的运用领域分子影像的运用领域第33页,共74页。准确诊断正确决策改善预后手术、放疗、化疗手术、放疗、化疗治疗方案优化治疗方案优化临床分期临床分期治疗决策治疗决策疗效监测疗效监测临床决策影响治疗方法和预后影响治疗方法和预后1+12诊断目的CancerPET/CT定性诊断定位诊断发展方向发展方向PET/CT对肿瘤学实践的影响第3
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