医学图像处理与分析第三章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三、四章 分子成像技术和应用,上海交通大学医学院,生物信息学中心,龚著琳,第三、四章 分子成像技术和应用 上海交通大学医学院,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,三、成像模式,四、报告系统,五、分子成像的应用,第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制,一、疾病的分子机制,分子异常,基因,蛋白质,细胞,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制第三、四章 分子成像技术和应用,例：基因变化先于组织学变化,乳腺癌易感基因,BRCA,，,BRCA,水平异常检测早于钼靶,X,线影像症状的出现,亨廷顿氏舞蹈症（,Huntingtons Disease,，,HD,）：,MRI,影像学症状迟于,IT15,基因（,CAG,）,n,拷贝数异常,第三、四章 分子成像技术和应用,例：基因变化先于组织学变化第三、四章 分子成像技术和应用,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,定义,要素,三、成像模式,四、报告系统,五、分子成像的应用,第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,定义,the in vivo characterization and measurement of biologic processes at the cellular and molecular level.,R.Weissleder,U.Mamood.Molecular Imaging.Radiology,May 2001,219(2):316-333,第三、四章 分子成像技术和应用,二、分子成像及其要素第三、四章 分子成像技术和应用,分子成像特点,分子水平的生物过程,可视性,活体（,in vivo,）成像,特异性,定量分析,二、分子成像及其要素,二、分子成像及其要素,要素,成像模式的要求,灵敏度,成像信号的衰减,空间分辨率,时间分辨率,二、分子成像及其要素,要素二、分子成像及其要素,报告系统的要求,探针：针对靶,对比度增强：针对成像,高灵敏度,高特异性,生物利用度,/,有效性,生物相容性,二、分子成像及其要素,报告系统的要求二、分子成像及其要素,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,三、成像模式,灵敏度,成像信号的衰减,空间分辨率,时间分辨率,四、报告系统,五、分子成像的应用,第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制,三、成像模式,X-CT,的性能及适用性,MRI,的性能及适用性,PET/SPECT,的性能及适用性,生物光学的性能及适用性,US,的性能及适用性,第三、四章 分子成像技术和应用,三、成像模式第三、四章 分子成像技术和应用,三、成像模式,三、成像模式,X-CT,的性能及适用性,性能：,空间分辨率：高，达,10m,灵敏度：低（,10,-3,M,）,适用性：可提供解剖参考,+PET,三、成像模式,X-CT的性能及适用性三、成像模式,MRI,的性能及适用性,性能：,空间分辨率：较高（低于,X-CT,）,灵敏度：不高（高于,X-CT,）,适用性：动物实验的分子成像,三、成像模式,MRI的性能及适用性三、成像模式,PET/SPECT,的性能及适用性,性能：,空间分辨率：很低，约为,3,5mm,（临床用）和,1,1.5mm,（动物实验）；,灵敏度：高,适用性：动物实验和临床,三、成像模式,PET/SPECT的性能及适用性三、成像模式,生物光学的性能及适用性,性能：,灵敏度：高达,10,-9,10,-11,M,空间分辨率：一般不高，达,1.5mm,左右；,适用性：动物的分子成像,三、成像模式,生物光学的性能及适用性三、成像模式,US,的性能及适用性,性能：,空间分辨率：对小鼠成像可达,100,300m,；,灵敏度：常用微泡（,microbubble,）,适用性：微泡直径达几个毫米，不太适用于分子成像,三、成像模式,US的性能及适用性三、成像模式,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,三、成像模式,四、报告系统,高灵敏度,高特异性,生物利用度,/,有效性,生物相容性,五、分子成像的应用,第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制,四、报告系统,X-CT,的报告系统,MRI,的报告系统,PET/SPECT,的报告系统,生物光学的报告系统,US,的报告系统,第三、四章 分子成像技术和应用,四、报告系统第三、四章 分子成像技术和应用,X-CT,的报告系统,钡和碘,钡：胃肠道检查,碘：分子成像,局限性,灵敏度低,潜在毒性,背景信号,四、报告系统,X-CT的报告系统四、报告系统,MRI,的报告系统,Mn,（,）、,Fe,（,）和,Gd,（,）等,顺磁性或超顺磁性纳米颗粒：尺度影响弛豫参数,生物相容性,特异性,四、报告系统,MRI的报告系统四、报告系统,PET/SPECT,的报告系统,核素半衰期（,half-life,）合适,SPECT,：常用,99m,T,c,PET,：,11,C,：神经系统探针，用于药物研究,18,F,：组织功能及代谢等研究,四、报告系统,PET/SPECT的报告系统四、报告系统,生物光学的报告系统,荧光蛋白（,fluorescent proteins,）,绿色荧光蛋白（,GFP,）,红色荧光蛋白（,dRFP,）,荧光染料（,fluorescent dyes,）,量子点（,quantum dots,）,荧光素酶（,luciferase,）,四、报告系统,生物光学的报告系统四、报告系统,US,的报告系统,对比度增强：声阻抗的改变或差异,报告系统：充气微泡的表面涂覆适当的材料,四、报告系统,US的报告系统四、报告系统,第三、四章 分子成像技术和应用,一、疾病的分子机制,二、分子成像及其要素,三、成像模式,四、报告系统,五、分子成像的应用,第三、四章 分子成像技术和应用一、疾病的分子机制,五、分子成像的应用,核素成像,MRI,成像,荧光成像,五、分子成像的应用,核素成像：在药物生物分布及药代动力学研究中的应用,背景,传统方法,分子成像方法,应用实例,五、分子成像的应用,核素成像：在药物生物分布及药代动力学研究中的应用五、分子成像,背景,分析药效和筛选新药,了解药物在生物体内分布,了解药物和受体之间的相互作用,五、分子成像的应用,-,药物研究,背景五、分子成像的应用-药物研究,传统方法一：房室模型（,compartment model,）分析法,房室：同质的生理空间,药物传递取决于微分方程，故可估算浓度,局限性：非实测值，估计误差较大,传统方法二：放射自显影（,autoradiography,）检测法,方法：,特点：定量，三维空间定位信息,局限性：非实时，效率低，无法在人体中检测,五、分子成像的应用,-,药物研究,传统方法一：房室模型（compartment model）分,分子成像方法,报告系统和药物结合应不影响药效和药代动力学性质,报告系统：放射性同位素,成像模式：,SPECT/PET,标记药物剂量远小于有疗效的药物剂量,应用实例,抗真菌药物在人体内各种组织内的分布,药物和受体相互作用及其对药效影响的分析,五、分子成像的应用,-,药物研究,分子成像方法五、分子成像的应用-药物研究,MRI,成像在肿瘤检测、诊断和治疗中的应用,背景,传统方法,分子成像方法,应用实例,五、分子成像的应用,MRI成像在肿瘤检测、诊断和治疗中的应用五、分子成像的应用,背景,肿瘤内血管生成,某些特征性物质水平上调,整合素和肿瘤及其新生血管的关系,传统方法：肿瘤微血管密度（,micro-vessel density,，,MVD,）计数分析法,MVD,是金标准,方法：,局限性：,五、分子成像的应用,-,肿瘤检测,背景五、分子成像的应用-肿瘤检测,分子成像方法,报告系统,MRI,成像,应用实例,：,检测实验兔模型中的乳头状瘤病毒诱发的鳞癌,Vx-2,五、分子成像的应用,-,肿瘤检测,分子成像方法五、分子成像的应用-肿瘤检测,荧光成像在细胞示踪（,cell tracking,）及监测细胞迁移（,cell migration,）中的应用,背景,传统方法,分子成像方法,应用实例,五、分子成像的应用,荧光成像在细胞示踪（cell tracking）及监测细胞迁,背景,肿瘤细胞，增殖，转移。,监测细胞迁移：研究肿瘤细胞的转移机制，评价疗效,传统方法：诊断成像方法,X-CT,或,MRI,等,局限性：难以检测到早期变化,五、分子成像的应用,-,细胞迁移,背景五、分子成像的应用-细胞迁移,分子成像方法,将,GFP,基因在体外转染，形成报告基因,将标记了报告基因的肿瘤细胞植入实验动物的体内,荧光成像,只适用于小动物实验,应用实例,：,研究实验人肺癌细胞在动物体内的转移,五、分子成像的应用,-,细胞迁移,分子成像方法五、分子成像的应用-细胞迁移,医学图像处理与分析第三章课件,医学图像处理与分析第三章课件,医学图像处理与分析第三章课件,