发布日期：2019-08-20
分子影像（Molecular Imaging）又称为分子成像，是可在活体状态下，应用医学影像学方法来实现显示活体内细胞、分子或者基因水平的生物学、病理学过程，还可以进一步实现疾病早期定量与定性诊断相关研究的前沿学科。
医学分子影像结合基因检测或者纳米材料的分子探针，采用多模态成像方法，可最终实现对体内特定靶点进行分子水平无创伤成像。它涉及多学科交叉,比如分子生物学、纳米材料学、医学影像学、核医学、计算机学等，同时涵盖多种尖端技术，是未来影像医学和精准医疗的重要分支。
目前，临床上主要应用的分子影像是正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)技术。研究者正在进行的临床前研究发现了不同疾病的新分子靶点，并随着多模态分子成像新技术和仪器的发展，开发了用于成像的复杂、多功能造影剂。
分子影像可以将细胞功能可视化，并且在不干扰生物体代谢功能的情况下持续跟踪分子传递。分子影像技术在医疗领域具有多种潜力，不仅可用于癌症、神经和心血管等疾病的早期诊断，还可以改善这些疾病的传统治疗方法，开发新型生物标志物。此外,它还可以优化临床前和临床试验的新型药物，检测疾病前状态或在疾病出现典型症状之前的分子状态。近年来，“分子影像”一词已被应用于多种显微镜和纳米显微镜技术中，包括活细胞显微镜、全内反射荧光(TIRF)显微镜、受激发射损耗(STED)纳米显微镜和原子力显微镜(AFM)等。
分子成像种类
磁共振成像（MRI） MRI具有空间分辨率高、擅长形态成像和功能成像等优点。但是，MRI也有缺点。首先，MRI的灵敏度与其他类型的成像相比是非常有限的，这个问题的根源在于高能态和低能态原子之间的差别很小。提高磁敏电阻灵敏度的措施包括增加磁场强度，通过光泵浦、动态核极化或副氢诱导极化实现超极化。同时也有多种基于化学交换的信号放大方案可以提高灵敏度。为了利用MRI实现疾病生物标志物的分子成像，需要具有高特异性和高相关性(敏感性)的靶向MRI造影剂。许多研究致力于开发靶向磁共振造影剂，以实现分子成像的磁共振成像。目前，多肽、抗体或小配体、小蛋白域已被用于实现靶向性。为了提高造影剂的敏感性，这些靶向分子通常与高效载荷的MRI造影剂或高相关系数的MRI造影剂有关。最近微米级氧化铁颗粒(MPIO)的发展使得检测动脉和静脉表达的蛋白质的灵敏度达到了前所未有的水平。
光学成像 光学成像的各种方法依赖于荧光、生物发光、吸收或反射率作为对比度的来源。比如荧光分子探针光学成像可以提供实时成像，相对便宜且产生的图像不涉及暴露在电离辐射下，具有较高的空间分辨率。光学成像最有价值的特性是具有较高的安全性，缺点是缺乏穿透深度，特别是在可见光波段。穿透深度与光的吸收和散射有关，一般来说，光的吸收和散射随波长的增加而减小。在700nm（例如可见光）以下，这些效应导致浅穿透深度只有几毫米。因此，在光谱可见区域，只能对组织特征进行表面评估。由于近红外（NIR）区域（700nm~900nm）组织的吸收系数要低得多，因此近红外光穿透力可达到几厘米的深度。
近红外成像 近红外荧光探针是近红外成像的重要工具。一些研究人员使用肽探针结合凋亡和坏死细胞，将近红外成像技术应用于急性心肌梗死(AMI)大鼠模型中。近红外荧光团已开始用于体内成像，包括柯达X-SIGHT染料和共轭体、pz247、DyLight750和800荧光体、Alexa荧光体680和750染料等。一些研究已经证明了红外染料标记探针在光学成像中可用。例如，近红外荧光团已与表皮生长因子(EGF)结合用于肿瘤进展的成像，并将近红外荧光团与Cy5.5进行了比较，表明长波染料可以产生更有效的光学成像靶向剂。但是，向任何载体添加近红外探针都会改变载体的生物相容性和生物分布。
技术发展进程回顾
医学影像技术的发展大概经历了三个阶段：结构成像、功能成像和分子影像。1951年，Cassen成功研制了第一台闪烁扫描机，为分子影像诊断设备发展打下了基础。20世纪60年代，双探头单光子发射断层扫描仪研发成功，开启了影像诊断的断层时代，解决了组织重叠而产生的小病灶被遮挡掩盖问题。从20世纪70年代一直到20世纪末，BSO晶体引领的正电子显像技术和LSO晶体实现的PET显像为20世纪分子影像前期平台搭建画上了句号。
1999年，美国哈佛大学Weissleder等提出了分子影像学(Molecular Imaging)的概念之后，分子成像真正作为分子生物学和活体成像交叉学科出现了。进入21世纪，西门子公司最先结合PET和CT扫描技术，开启了多模态影像时代，实现了功能性显像与形态学显像优势的强强组合，使分子影像技术的定性诊断水平达到新高度。2015年，突破小动物显像技术的PETMR出现了，其融合了功能显像和解剖显像，可以准确获得活体动物的生理学病理学信息，以及药物在活体动物内的分子靶向分布和作用机制。
我国在分子影像行业的发展主要起始于对国外医学影像先进技术设备的引进。1983年，我国引进了第一台SPECT。直到21世纪，许多知名进口厂商及其生产的产品一直活跃在我国分子显像设备市场上，比如美国GE、德国西门子、法国Sopha，收购重组的荷兰皇家Philips以及以色列的Eliscent等。到目前为止，GE，Philips和西门子等依然活跃在中国市场上。
本土企业加速突破
作为医学影像最前沿的技术，分子影像诊断研究已经涉及肿瘤前期诊断、精准药物开发等领域。作为体外无创的前期诊断技术，分子影像技术在未来整个医疗影像行业中将占据高比例份额。
相较于国外分子影像市场，国内市场仍处于成长期，集中度低，规模不够大，但是增长和突破速度惊人，分子诊断领域已经以超过25%的增速领跑体外诊断行业。国内分子影像行业发展的主要限制因素是仪器设备研发壁垒高，但仍有很大的发展空间。比如，在我国，以PET/CT为代表的高端医疗影像设备大部分依赖进口，市场主要被Philips、GE、西门子所垄断。而进口设备价格昂贵，售后维修费用较高，导致临床费用居高不下，加重患者医疗费用压力。因此，我国分子影像行业若要实现从“追赶”到“并跑”再到“领跑”的崛起，技术升级是关键。本土医疗器械企业只有拥有了自主核心技术，才能在与国外行业龙头的竞争中脱颖而出，在保证质量的前提下，利用价格优势快速发展，占领国内外市场。
2016年，明峰医疗系统股份有限公司自主研发的PETCT获得医疗器械注册证，打破了国内同类产品以进口为主的现状，标志着我国大型高端医疗影像设备研制与生产迈向了一个新阶段。
2017年，由加利福尼亚戴维斯分校、宾夕法尼亚大学以及劳伦伯克利国家实验室的顶级分子影像专家们发起的全景扫描PET-CT“探索者”项目，将实时动态全身人体扫描的构想变为现实，被行业称为遥望人体的“哈勃望远镜”。传统的PET/CT轴向视野最长不超过30厘米，但是“探索者”将其拓展到2米，其灵敏度可达到传统设备的40倍左右，且该项目中实时全身动态扫描技术可以精准呈现人体内动态代谢过程。而这一将改变分子影像领域的项目宣布其全球唯一研发与产业化的合作伙伴是上海联影医疗科技有限公司。
如今，我国分子影像医疗器械正处于迈向国际水平的跳跃点，在有关部门和政策的支持下，本土医疗器械公司在短短几年时间内已经推出了多种相关性能指标达到世界领先水平的分子影像诊断设备。这依赖于科学家对核心先进技术的探索和掌握，为我国企业的创新之路提供了自主选择权和战略主动权，也对中国精准医疗的发展起到了不可忽视的推动作用。
来源：中国医药报
