肿瘤动物模型影像学研究进展

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1、肿瘤动物模型影像学研究进展【摘要】动物模型是研究肿瘤发生、转移以及治疗效果的重要前提。动物专用影像设备和分子影像技术的产生推动了肿瘤动物模型影像学的发展，在X射线成像技术、超声成像技术、磁共振成像技术、核素成像技术、光学成像技术等方面进行了有意义的探索和改进，为实现“实时、连续、无创、敏感、原位”的监测肿瘤动物模型提供了理论依据和技术支持。【关键词】肿瘤动物模型X射线成像超声成像MRI核素成像光学成像　　动物实验是生命科学实验研究中的重要组成部分，尤其在肿瘤研究中，动物模型的成功建立是研究肿瘤的发生、转移以及治疗效果的重要前提。随着后基因组时代的到来，在动物模型的影像监

2、测方面产生了巨大进步，各种动物专用影像设备的产生和分子影像技术的发展使我们可以“实时、连续、无创、敏感、原位”的观察肿瘤。本文将简述肿瘤动物模型发展历史，并详细讨论最新分子显像技术的优缺点及适用范围，希望能为肿瘤动物模型的影像监测提供一些建议。1　发展简史　　随着人类探索和科学进步，肿瘤动物模型经历了体表向体内的过渡。人们起初将肿瘤种（移）植于动物皮下，局部注射抗肿瘤药物，通过卡尺来测量肿瘤的尺寸来观察疗效，但这不能反映临床中多数肿瘤的生物学行为，于是大量的内脏肿瘤模型建立。传统的肿瘤测量方法依赖于临床常规影像技术如计算机X线体层摄影（putedtomography,C

3、T）、超声（ultrasound）等分期分批地处死动物，运用解剖、组织病理、生物化学、免疫等方法来监测肿瘤生长、转移以及对治疗的反应［１］；但是在肿瘤研究中，分子层面的紊乱往往早于大体形态的改变，如果能够探测肿瘤中特异分子的改变，监测肿瘤在基因表达、信号传导以及固有反馈的复杂而动态的相互作用中的生长、转移及对治疗的反应，便可以更清晰的了解肿瘤生物学性状、血管生成、特异性抗原表达、转移过程和对不同治疗方法的反应，更快的实现人类攻克肿瘤的理想［２－４］。　　人类基因组计划的完成、后基因组计划的实施以及现代物理、现代化学、生物信息技术的飞速发展，让我们对基因序列及其表型在复杂

4、的器官、组织等中的活动及功能的认识成为可能。现代影像技术运用探针、报告基因、对比剂、示踪剂等进行“分子显像”，使在分子层面观察基因、蛋白和载体在活体细胞中的相互作用成为可能［4］。而临床常规影像技术一方面不断完善硬件设备，以期获得更高的空间分辨率或更多的信息，一方面不断运用最新的计算机技术（如图象分割法和算法）进行三维重建，同时大量引入各种对比剂进行分子显像［５］。2　技术进展　　国外已经意识到动物模型影像的重要性，称之为“ANIMAGEproject”［６］，在肿瘤研究中更是进展迅速。而国内刚刚起步，动物专用影像技术的参数和临床应用相类似，主要包括空间和时间分辨率、灵

5、敏度和穿透深度等［７，８］。2.1　X射线成像技术　1895年，德国物理学家威廉·伦琴发现了X射线，经过一百多年的发展，X射线成像技术已经被公认为采集信息量最多、最准，分辨率最高，也是目前发展最成熟的成像技术。2.1.1　显微CT　目前应用于动物模型研究的X射线成像技术主要是显微CT（microCT）。microCT空间分辨率已达到50μm，适用于骨癌和肺癌的研究［９］。也有人将microCT和数字血管造影术联合应用进行显微血管造影，观察肿瘤血管生成［１０，１１］。国内已有适用于小动物研究的微型CT系统研制的报道［８］。microCT分为高速功能型和低照射剂量型，可根据

6、不同需要选择［９］。2.1.2　X射线成像技术的分子影像应用　X射线成像技术的分子影像应用尚在探索中，但作为一种具有电离辐射的成像技术，尤其在肿瘤研究中，连续或多次的照射足可以改变动物的免疫状况和其他生物行为而影响实验结果。如果希望连续观察，必然要求以最少的X射线剂量照射获得相对合适的图像质量。这不仅要求X射线发射源的改进，更需要信号收集及处理软硬件的改进［１２］。所以，在当今的分子影像技术中，X射线成像技术主要扮演提供高空间分辨率和纠正其他显像技术误差，即和其他技术进行双重或多重成像［１３］。2.2　超声成像技术　超声成像技术产生于20世纪40年代，经过半个多世纪的发

7、展，超声不仅能观察病变的完整形态,而且可检测其功能及部分代谢状态,在诊断学和治疗学上发挥着日益重要的作用。超声成像技术具有安全、便携、无创、价格低廉等优点［１４］。2.2.1　动物专用超声影像系统　动物专用超声影像系统要求高频探头，中国医学科学院实验动物研究所曾于2006年从加拿大引进了一套高清晰动物专用超声影像系统，并对外开放。该动物专用超声具有分辨率达30μm,几乎达到光镜水平,能够清晰地显示动物（大小鼠）的细微结构；特殊三维重组技术可以实现器官图像的三维重组,测量各个径向的尺寸；观察肿瘤组织内血管的分布,研究肿瘤等组织生长与血液供应