分子影像：21世纪的医学影像学

——访“973”计划“分子影像关键科学技术问题的研究”项目首席科学家田捷

  

分子影像学是被美国医学会评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一，被誉为21世纪的医学影像学。科技部日前批准“973”计划项目“分子影像关键科学技术问题的研究”，旨在突破这一生命科学研究领域的关键技术，使我国分子影像学的整体研究水平步入世界先进行列。项目首席科学家、中国科学院自动化研究所研究员田捷接受了记者的采访。

  

《科学时报》：“973”计划启动分子影像关键科学技术问题的研究的意义何在？

  

田捷：分子影像关键科学技术问题的研究是关系到我国人口健康及人民生活质量的重大基础科学问题。分子在体(in  vivo)成像技术的研究符合以保障生命健康和提高生活质量为目标的疾病早期诊断、药物疗效评价、无创连续监测的需求，符合国家“十一五”科技中长期规划战略前移和重心下移的目标。这一项目将针对生物学和临床医学所面临的一些重要问题进行深入研究，发展具有自主知识产权的分子影像关键技术，不仅能为疾病早期诊断、早期治疗和疗效评价提供有效手段，也可应用于基础生命科学的研究，对于提高人口健康水平及人民生活质量将具有极其重要的意义。

  

同时，该研究是与生命科学交叉的研究方法和手段的突破与创新。随着人类基因组测序的完成和后基因组时代的到来，从核酸—蛋白质、蛋白质—蛋白质分子间的相互作用关系分析疾病的发病机理、疾病早期的生物学特征，为疾病发生的早期检测、预警、诊断和疗效评估提供新的方法与手段，已经成为健康监测和生命科学研究的当务之急，发展无创可视化的成像技术也越来越受到科学界的关注和重视。多学科交叉、多种方法组合、从不同的角度针对同一生命过程进行多模式、多参数复合分子成像，将成为探索、解释生命过程奥秘的有效新方法和新手段。

  

这一研究还符合我国研制具有原始创新的分子影像设备的重大决策。目前，我国医院和科研院所用于临床和研究的医学影像设备尤其是大型医学影像设备基本依赖进口。究其原因，主要是我国在成像理论和技术方面缺乏系统性、前瞻性的研究成果，在系统集成方面缺乏相应的实现技术和发明专利。该研究将把核素标记分子成像的深层次问题和荧光标记分子影像的关键科学技术问题作为主攻目标，形成我国分子影像的科学研究平台，并研制出分子影像设备原型系统，对于我国抢占分子影像领域的科学制高点具有重要战略意义，对推动医学影像设备的国产化也将起到积极的作用。

  

《科学时报》：本项目拟解决的主要科学问题都有哪些？

  

田捷：分子影像学是传统医学影像技术与分子生物学等学科相结合而诞生的新兴学科。传统医学影像诊断显示的是生物组织细胞病变的解剖变化，而分子影像学则着眼于生物组织细胞或分子水平的生理和病理变化，它不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子细胞水平发现疾病，真正达到早期诊断。

  

随着生命科学和病理学的发展，如何从分子水平、细胞水平研究疾病发生发展机制并探讨诊断和治疗疾病的有效方法，已成为影像学、生物学和临床医学研究的热点。作为无创可视化成像技术新的方法和手段，分子影像在本质上反映了分子调控的改变所引发的生物体生理分子水平和整体机能的变化。因此，在分子水平上在体研究基因、生物大分子和细胞的生命活动是21世纪生命科学的重要研究目标。作为一门新兴前沿综合交叉学科，分子影像学在理论、技术和系统方面都存在着尚未解决的关键科学技术问题。

  

围绕分子影像技术研究中的关键科学问题，融合集成多学科的知识，该项目将重点解决的问题有：发展一个理论，即光在强散射性复杂生物组织中的输运理论和反演算法；研发一个平台，即分子影响数据分析与处理的统一计算框架与算法平台；构建一个体系，即在体分子断层影像的验证评价体系；建立一个系统，即荧光标记和核素标记的断层分子影像原型系统，并探讨核素标记的分子影像在临床医学以及荧光标记的分子影像在小动物模型上的应用。

  

《科学时报》：本项目预期会取得什么样的成果？

  

田捷：围绕上述研究目标，我们项目设置了7个子课题：包括动态实时在体分子成像理论、技术和系统研究、分子影像统一计算框架和算法平台的研究及自发荧光断层成像(BLT)原型系统的构建、分子探针技术若干关键问题的研究、核素标记和荧光标记的分子成像在体验证、核素标记分子成像前沿问题研究、荧光标记分子影像在小动物模型中的应用、分子影像新理论与新方法的研究等。

  

该项目的研究成果将为肿瘤和其他疾病的发病机理、临床诊断、病情监测和疗效评估的研究提供有效的新方法和新手段；可以极大加快药物的研发速度和缩短预临床研究时间，也可应用于药物的毒副作用、疗效在体定量评估、给药途径、立体结构以及药物剂量学和动物种类对药物疗效影响的研究；可以促进基础生命科学的研究，开创在体动态连续研究基因功能、细胞动力学、生命发育全过程的新时代。该项目的研究成果将对我国在人口和健康领域国家目标的实现起到极其重要的推动作用。

  

分子影像学作为21世纪的医学影像学将会拥有一个广阔的应用前景，也将会促进相关学科的发展。该项目把在体荧光标记分子影像的关键理论、技术和系统问题以及核素标记分子成像的深层次问题作为主要研究目标，形成我国在分子影像领域的科学研究平台，同时也将对分子医学影像设备的研制和国产化起到积极的推动作用。在该项目的研究过程中，所取得的关键高技术原始性发明和创新的自主知识产权，将成为我国在分子影像领域更大范围和更深层次上参与全球化的重要资本，对于我国抢占该领域的科学制高点具有重要战略意义。