分子影像学最新进展与挑战

分子影像学是一门多学科融合的新兴学科，它将医学影像技术与计算机科学、分子生物学、物理学、化学和放射医学相结合，用于在活体内描述和测量细胞和分子水平的生物过程。近年来，随着跨学科、多角度的交叉与合作，分子影像学有了飞速的进展，本文针对CT分子影像、MRI分子影像，以及包含CT或MRI技术的多模态分子影像的最新进展、发展趋势及面临的挑战进行简要总结。

居胜红

研究进展

1.CT分子影像

CT已成为临床常规的疾病检查手段，但随着探测器、球管及螺旋滑环技术的不断进步，双能量、多能量CT成像技术亦随之不断迭代更新，尤其近年光子计数探测器CT的问世，推动了CT分子影像技术的快速进步。与常规混合能量CT成像比较，单能谱CT成像能够更准确地测量CT值与碘浓度的相关性，误差更小。能谱成像还能消除硬化伪影，提供更准确可靠的病灶强化程度和强化-时间曲线，同时也可以进行多种疾病的定量分析。总之，双能量和多能量CT是临床CT成像的新兴领域，具有区分不同有效原子序数材料的能力，从而可以识别具有特定元素组成的组织，在肿瘤及代谢疾病的分子影像领域具有一定的应用价值。

目前常用的CT对比剂为碘剂，但其具有易解离性高、可引起强对比剂反应等缺点。随着纳米技术的发展，一些纳米CT对比剂，如将金、碘、铋盐、镧系等元素包裹在脂蛋白、脂质体或聚合物中形成纳米颗粒，在预防增强CT引起的对比剂肾功能损伤、去除碘油CT成像伪影、延长单次给药时间以增强肿瘤内的对比剂滞留等方面显示出良好的应用前景。然而，大多数纳米CT对比剂仍处于临床前研究阶段，缺乏对生物毒性、药代动力学和体内分布的实验评价，到临床应用仍有一定距离。随着这些问题逐步得到解决，纳米对比剂有望对增强CT的临床应用产生变革性的影响。

2.MRI分子影像

MRI分子影像探针/对比剂由靶向组件和信号组件构成，其中靶向组件通常由靶向性配体实现，而信号组件则由磁性材料组成。例如，钆剂是一种常用的MRI阳性对比剂，主要测量组织的T1值。然而，将钆类聚合物与抗体或蛋白质结合后形成的大分子螯合物经过肾脏清除时常受限，进而限制了钆类聚合物在MRI分子成像中的应用。近年来，基于氧化铁的阴性对比剂逐步成为研究热点，其主要测量组织的T2值或T2*值，其中超小超顺磁性氧化铁（USPIO）纳米颗粒是一种具有超顺磁性的特殊材料，在交变磁场中能够产生热量，并且可以通过外加磁场引导至特定组织或器官。此外，USPIO还具有低毒性和良好的生物相容性。因此，近年来的研究常使用USPIO作为信号组件进行相关修饰，构建新型的MRI分子探针。目前，USPIO在肿瘤、炎症、免疫反应、退行性病变、干细胞治疗和细胞凋亡等分子成像研究方面得到广泛应用，在靶向成像、病理机制和基因治疗等前沿领域的研究中发挥出越来越重要的作用。除了USPIO，其他类型的MRIT2对比剂，如氧化镧系和磷酸镝纳米颗粒，在提高成像对比度方面也展现出良好的应用潜力。

3.CT或MRI多模态分子影像

放射性核素成像和光学成像可以评估活体受试者体内的生化变化和分子靶标水平，但其空间分辨率较低（0.3~2.0mm）。因此，通常需要与CT或MRI等其他成像技术相结合进行多模态成像。近年来，随着医疗设备技术的进步和临床需求的增加，多模态分子成像已经被广泛应用于医学研究和临床实践。其中，正电子发射体层成像（PET）/MRI是最具代表性的一种。PET/MRI成像结合了MRI成像的高软组织分辨率和多功能序列成像特性，以及PET的放射性示踪剂高灵敏性和可量化特性，其在恶性肿瘤、心血管及神经系统疾病中的巨大潜能正逐步彰显出来。此外，PET/MRI分子影像技术不仅局限于经典的FDG-PET和常规的MRI序列，还包括新型PET和（或）MRI示踪剂以及MRI功能序列，如DWI或CEST等。可以预见，随着技术的不断成熟和进步，集结构、功能和分子信息于一体的多模态影像必将对现代和未来医学模式产生革命性的影响。

分子影像发展趋势

分子影像面临的挑战

当前，分子影像仍面临诸多挑战。首先，最突出的是临床转化难，其主要原因在于分子影像探针难以实现工业化和标准化制备，以及临床转化审批的程序复杂、周期长等。其次，分子影像探针的标记技术的掌握和推广难，导致各家的标记效率和稳定性差异大、均质性不可控等问题。最后，分子影像学的新技术和新探针发展日新月异，部分技术的成像结果尚需要进一步与病理学和分子生物学等其他检查结果进行关联和验证，以提高其应用的准确性和可靠性。

总之，为了克服上述诸多挑战，需要通过加强与化学、分子生物学、纳米材料学、计算机学等多学科的交叉协作来推动分子影像的发展，以期快速取得创新突破，造福广大患者。

东南大学附属中大医院居胜红

编辑|雍伟哲

责任编辑|雍伟哲

审核|韩静

《中华医学信息导报》2024年3期第15版

主管：中国科学技术协会