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分子影像学的产生
随着分子生物学研究的飞速发展，尤其是基因组学、蛋白质组学及其相关技术的进展，迫切需要某种手段来监测其研究对象在生物活体内的过程，于是，以细胞、基因或分子及其传递途径为成像对象的分子影像学（molecular imaging）应运而生。医学影像学历经百年，终于从以解剖结构为成像基础的传统医学影像学发展到了建立在以细胞/分子结构和功能为成像基础的分子影像学时代，这代表了医学影像学的未来，将对现代和未来医学模式产生革命性的影响。
分子影像学概念
分子影像学（molecular imaging）是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，而经典的影像诊断（X线、CT、MR、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法，探查疾病过程中细胞和分子水平的异常，在尚无解剖改变的疾病前检出异常，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效中，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用
分子影像学意义
在诊断方面，通过对肿瘤发生过程中的关键标记分子进行成像，可在活体内直接观察到疾病起因、发生、发展等一系列的病理生理变化和特征，而不仅仅显示疾病末期的解剖改变；治疗方面，观察药物作用过程中一些关键的标记分子有没有改变，即可推论这种治疗有无效用；在药物开发方面，通过设计特异性探针，直接在体内显示药物治疗靶点的分子改变，通过建立高能量的影像学分析系统，可大大加快药物的筛选和开发；在基因功能分析以及基因治疗的研究方面，通过设计一系列特异性探针，建立高通量的基因功能体内分析系统，可实时显示该基因在体内表达的丰度、作用过程，也可在体内观察目的基因表达效率，直接评价疗效。目前主要应用于肿瘤学、心血管疾病、神经系统等方面。
分子影像学成像原理
分子影像学融合了分子生物化学、数据处理、纳米技术、图像处理等技术，因其具有高特异性、高灵敏度和图像的高分辨率，因此今后能够真正为临床诊断提供定性、定位、定量的资料。由此可见，分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合。分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针综合输入到人体内，用它标记所研究的“靶子”（另一分子），通过分子影像技术，把“靶子”放大，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织分子和细胞水平上的生物学过程的目的，从而对疾病进行亚临床期诊断和治疗。
分子影像学的产生
随着分子生物学研究的飞速发展，尤其是基因组学、蛋白质组学及其相关技术的进展，迫切需要某种手段来监测其研究对象在生物活体内的过程，于是，以细胞、基因或分子及其传递途径为成像对象的分子影像学（molecular imaging）应运而生。医学影像学历经百年，终于从以解剖结构为成像基础的传统医学影像学发展到了建立在以细胞/分子结构和功能为成像基础的分子影像学时代，这代表了医学影像学的未来，将对现代和未来医学模式产生革命性的影响。
分子影像学概念
分子影像学（molecular imaging）是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，而经典的影像诊断（X线、CT、MR、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法，探查疾病过程中细胞和分子水平的异常，在尚无解剖改变的疾病前检出异常，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效中，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用。
分子影像学意义
在诊断方面，通过对肿瘤发生过程中的关键标记分子进行成像，可在活体内直接观察到疾病起因、发生、发展等一系列的病理生理变化和特征，而不仅仅显示疾病末期的解剖改变；治疗方面，观察药物作用过程中一些关键的标记分子有没有改变，即可推论这种治疗有无效用；在药物开发方面，通过设计特异性探针，直接在体内显示药物治疗靶点的分子改变，通过建立高能量的影像学分析系统，可大大加快药物的筛选和开发；在基因功能分析以及基因治疗的研究方面，通过设计一系列特异性探针，建立高通量的基因功能体内分析系统，可实时显示该基因在体内表达的丰度、作用过程，也可在体内观察目的基因表达效率，直接评价疗效。目前主要应用于肿瘤学、心血管疾病、神经系统等方面。
分子影像学成像原理
分子影像学融合了分子生物化学、数据处理、纳米技术、图像处理等技术，因其具有高特异性、高灵敏度和图像的高分辨率，因此今后能够真正为临床诊断提供定性、定位、定量的资料。由此可见，分子影像学不再是一个单一的技术变革，而是各种技术的一次整合。分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针综合输入到人体内，用它标记所研究的“靶子”（另一分子），通过分子影像技术，把“靶子”放大，由精密的成像技术来检测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织分子和细胞水平上的生物学过程的目的，从而对疾病进行亚临床期诊断和治疗。
分子影像学评价
在分子影像学中，一个关键问题是如何客观地评价传递和表达的效果，特别是在体（动物或人体）进行评价。目前显示基因表达情况的方法分为有创性以及无或小创伤性两大类。如果要对体内特殊分子或（和）基因成像，必须满足4项必备前提：高亲和力的探针，且该探针在体内有合理的药代动力学行为；这些探针可穿透生物代谢屏障，如血管、间叶组织、细胞膜等；化学的或生物的信号扩增方法；敏感、快速、高分辨率的影像技术
分子影像学研究进展
分子影像在预临床阶段具有诸多优势，如：肿瘤的小鼠模型，通过检测与肿瘤抑制基因捆绑的表达基因荧光素基因的活性，研究肿瘤的发作、发展以及对个性化治疗的反应；研发针对某种肿瘤的新药；研究肿瘤在体内的转移。其主要研究方向和进展在于：神经医学的原创性研究（阿尔兹海默病、帕金森病、抑郁症、多动症等神经系统疾病的研究，以及脑功能、成瘾机理、性格与情绪本质、语言活动的基础性研究等）、肿瘤医学的集成性研究（恶性肿瘤的早期诊断、肿瘤良恶性的判断与分级、肿瘤转移灶的探查、肿瘤化疗中多药耐药性的监测和逆转、肿瘤放疗时的方案制定等）、其他慢性病的应用基础研究（心血管疾病活动性斑块的研究、糖尿病胰岛细胞的功能研究、骨质疏松症破骨成骨功能的研究、肝硬化成因和分级的研究等）、新治疗技术的参与性研究（冠状血管搭桥术中的应用、心肌细胞移植治疗中应用、神经干细胞移植中的应用、器官移植中的监测、在基因治疗中的应用等）、新药研制的开发性研究（Micro－PET、Micro－SPECT给人类的新药研究带来了一场革命，更为中药的现代化研究带来了一次极好的机遇）、其他（在公共卫生等方面的应用性研究）。
分子影像学在制药中的前景
当前生物制药领域的趋势：由于药物不良反应，超过99%的药物不能通过预临床实验，需要运用影像学、基因分型与人体建模等方法进行预测试，特异性生物标记使疾病的早期诊断和个性化治疗成为可能。开发1类新药，需要10－20亿美元和10－15年研究周期，而分子影像技术的引入将会至少节约一半的开发时间和经费，这极大加快药物的研制开发速度，缩短了药物临床前研究的时间。促进制药厂的药品研发，同时为药品监管部门进行新药审批提供证据。能够提供更准确的诊断，使治疗方案最佳地匹配病人的基因图谱，可以帮助制药公司研发个性化治疗的药物；可以促进药物毒副作用、药物疗效的在体定量评估、给药途径、药物剂量学、药物立体结构和动物种类对药物化疗影响的研究工作；可以促进中医药学研究及应用的进一步探索。
分子影像学与介入放射学的关系
随着分子影像学不断发展与延伸，已越来越明显地展示了介入放射技术与分子影像技术的相互依存关系，尤其是一些分子影像技术一旦进入临床应用，就必须借助于介入技术的支持。例如：干细胞移植技术就与介入技术与分子影像技术息息相关，前者为将来大多数干细胞移植技术所必须的手段，后者是干细胞移植技术应用于临床的先决条件。此外，各种基因治疗的导入手段也需要介入技术予以实现，而基因治疗的临床应用则必须借助于分子成像技术予以监测。因此，这无疑极大地拓宽了介入放射学的领域，成为介入放射学下一代的重要组成内容，更为重要的是通过分子影像学的结合有可能使介入放射从单纯的“技术”走向“学科”的重要机遇。若将分子影像技术融合于介入技术，必将提升介入放射学的科学含量。
分子影像学对影像医学的影响
至此，影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营：经典医学影像学：以X线、CT、MR、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能；以介入放射学为主体的治疗学阵营；分子影像学：以MR、PET、光学成像及小动物成像设备等为主，可用于分子水平成像。三者是紧密联系的一个整体，相互印证，相互协作，以介入放射学为依托，使目的基因能更准确到达靶位，通过分子成像设备又可直接显示治疗效果和基因表达。因此，分子影像学对影像医学的发展有很大的推动作用，使影像医学从对传统的解剖、生理功能的研究，深入到分子水平的成像，去探索疾病的分子水平的变化，将对新的医疗模式的形成和人类健康有着深远的影响。
小结
无论如何，分子影像学尚处于婴儿期，后面还有很长的路要走，目前的工作仅仅是分子医学的开端，随着疾病发病机理研究的进一步深入，分子医学更多研究成果应用于临床疾病的基因诊断和治疗，分子医学与临床跨学科合作将拓宽和加强，通过多学科的互动推动分子影像学的健康发展。那时的医学影像科将更加开放、趋向生物化学、生物物理学、生物工程学和医学影像等多学科融合发展。
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