2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在疾病診斷中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.在分子影像中，利用正電子衰變產(chǎn)生的兩個γ射線光子被探測器同時探測以確定放射性示蹤劑分布的技術(shù)是？A.SPECTB.PETC.MRID.光學(xué)成像2.下列哪一項(xiàng)不屬于用于分子影像的核醫(yī)學(xué)顯像劑的主要設(shè)計(jì)要求？A.良好的生物相容性B.高的放射性活度C.特異性靶向分子D.穩(wěn)定的體內(nèi)代謝3.能夠提供組織結(jié)構(gòu)信息，并對生理過程（如血流、代謝）敏感的分子影像技術(shù)是？A.PETB.SPECTC.MRID.超聲成像4.用于成像的放射性核素通常需要具備的特點(diǎn)之一是半衰期適中，以下哪個核素常用于PET且符合此特點(diǎn)？A.12?IB.11?CC.1?FD.32P5.能夠利用原子核在強(qiáng)磁場中的自旋特性產(chǎn)生信號進(jìn)行成像的技術(shù)是？A.PETB.SPECTC.MRID.光學(xué)成像6.在腫瘤分子影像中，使用放射性標(biāo)記的抗體或抗體片段靶向HER2陽性乳腺癌的分子是？A.雌激素受體B.碳酸酐酶C.HER2D.VEGF7.光學(xué)分子成像技術(shù)中，常用的熒光團(tuán)是？A.锝-99mB.花菁類染料C.鍶-89D.鉈-2018.多模態(tài)分子影像是指結(jié)合使用兩種或兩種以上不同類型的分子影像技術(shù)，其優(yōu)勢在于？A.僅提高空間分辨率B.僅提高時間分辨率C.獲得更全面、更互補(bǔ)的生物學(xué)信息D.顯著降低成本9.下列哪種分子影像技術(shù)主要基于細(xì)胞內(nèi)第二信使鈣離子的變化進(jìn)行成像？A.PETB.磁共振波譜（MRS）C.鈣成像探針D.超聲分子成像10.分子影像技術(shù)在疾病診斷中的主要優(yōu)勢之一是？A.提供絕對的組織定量信息B.無電離輻射暴露風(fēng)險C.能夠在細(xì)胞水平上可視化分子過程D.成像速度極快二、名詞解釋（每題3分，共15分。請用簡潔的語言定義下列名詞）1.分子探針(MolecularProbe)2.PET顯像(PositronEmissionTomographyImaging)3.親腫瘤效應(yīng)(TumorHeterogeneity/Amplification)4.磁共振波譜(MagneticResonanceSpectroscopy,MRS)5.靶向顯像(TargetedImaging)三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述PET與SPECT在原理、顯像劑和空間分辨率方面的主要區(qū)別。2.分子影像技術(shù)在癌癥診斷中可以提供哪些信息？3.設(shè)計(jì)一個用于神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ。┰\斷的分子影像研究方案，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？4.簡述光學(xué)分子成像技術(shù)與核醫(yī)學(xué)分子影像技術(shù)相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)。四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題）1.論述正電子發(fā)射斷層顯像（PET）在腫瘤治療反應(yīng)評估中的價值、面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。2.詳細(xì)說明磁共振成像（MRI）如何通過使用不同的造影劑實(shí)現(xiàn)功能性成像（如BOLD-fMRI,MRS-fMRI）？并舉例說明其在腦疾病研究中的應(yīng)用。3.闡述分子影像技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究走向臨床應(yīng)用通常需要經(jīng)歷哪些關(guān)鍵步驟，并分析其中可能遇到的主要障礙。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.C5.C6.C7.B8.C9.C10.C二、名詞解釋1.分子探針(MolecularProbe):指能夠特異性地與靶分子相互作用，并在體內(nèi)或體外產(chǎn)生可檢測信號（如熒光、放射性、磁共振信號等）的分子或化合物，用于非侵入性地追蹤生物分子過程或成像特定組織或細(xì)胞。2.PET顯像(PositronEmissionTomographyImaging):一種基于正電子發(fā)射斷層掃描原理的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，通過探測放射性示蹤劑在體內(nèi)衰變產(chǎn)生的正電子與電子湮滅時發(fā)出的兩個γ射線光子來確定示蹤劑的分布、濃度和動態(tài)變化。3.親腫瘤效應(yīng)(TumorHeterogeneity/Amplification):指放射性核素顯像劑或光學(xué)探針更容易在腫瘤組織中的濃集現(xiàn)象，通常由于腫瘤組織比正常組織具有更高的血流灌注、更快的代謝速率以及可能存在特定的受體過表達(dá)或細(xì)胞外空間更大等因素導(dǎo)致。4.磁共振波譜(MagneticResonanceSpectroscopy,MRS):一種利用核磁共振原理對生物樣本（如活體組織）內(nèi)特定原子核（如1H,13C,31P）產(chǎn)生的共振信號進(jìn)行檢測和分析的技術(shù)，能夠提供關(guān)于組織化學(xué)成分、代謝狀態(tài)等信息。5.靶向顯像(TargetedImaging):指利用特異性設(shè)計(jì)的分子探針（如抗體、多肽、適配體等），使其能夠選擇性地結(jié)合體內(nèi)的特定靶點(diǎn)（如細(xì)胞表面受體、酶、核酸等），從而實(shí)現(xiàn)對特定細(xì)胞、組織或分子過程的精準(zhǔn)成像。三、簡答題1.簡述PET與SPECT在原理、顯像劑和空間分辨率方面的主要區(qū)別。*原理：PET利用正電子發(fā)射核素衰變時產(chǎn)生的兩個方向相反的γ射線光子被對置探測器同時探測來確定衰變位置；SPECT利用單光子發(fā)射核素衰變時產(chǎn)生的γ射線光子，通過旋轉(zhuǎn)探測器環(huán)進(jìn)行采集。*顯像劑：PET通常使用半衰期較短的放射性正電子核素（如1?F,11C,13N,1?O）標(biāo)記的化合物；SPECT使用半衰期相對較長的單光子發(fā)射核素（如??mTc,111In,12?I,1?1Sm）標(biāo)記的化合物。*空間分辨率：在相同硬件條件下，PET通常具有比SPECT更高的空間分辨率（可達(dá)毫米級），因?yàn)檎娮愉螠缡录l(fā)生的位置信息更精確；SPECT的空間分辨率相對較低（通常在幾毫米至一厘米級），受旋轉(zhuǎn)采集幾何和探測效率影響較大。2.分子影像技術(shù)在癌癥診斷中可以提供哪些信息？*腫瘤的早期檢測：在腫瘤體積尚小、傳統(tǒng)影像學(xué)難以發(fā)現(xiàn)時，通過檢測腫瘤相關(guān)的分子標(biāo)志物進(jìn)行早期發(fā)現(xiàn)。*腫瘤的分子分型：評估腫瘤的特定基因突變、受體表達(dá)狀態(tài)、代謝特征等，指導(dǎo)個性化治療方案的選擇。*腫瘤的精準(zhǔn)分期：更準(zhǔn)確地判斷腫瘤的浸潤范圍、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移狀態(tài)。*治療反應(yīng)監(jiān)測：在治療過程中或治療后，動態(tài)監(jiān)測腫瘤體積變化、血流灌注、代謝活性等指標(biāo)，評估治療效果。*腫瘤復(fù)發(fā)監(jiān)測：識別治療后殘留的微小病灶或復(fù)發(fā)灶，實(shí)現(xiàn)早期干預(yù)。3.設(shè)計(jì)一個用于神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ。┰\斷的分子影像研究方案，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？*選擇合適的分子靶點(diǎn)：如β-淀粉樣蛋白（Aβ）沉積、Tau蛋白過度磷酸化、神經(jīng)遞質(zhì)受體（如M1/M4muscarinic受體）變化、炎癥標(biāo)志物（如微膠質(zhì)細(xì)胞活化）等。*選擇合適的分子探針：根據(jù)靶點(diǎn)選擇對應(yīng)的放射性或熒光探針（如用于Aβ的flutemetamol,Amyvid；用于Tau的P-TauPETtracer；用于M1/M4受體的11C-PDTA等）。*確定成像技術(shù)：主要可能使用PET，有時結(jié)合SPECT或MRI。*研究對象選擇與分組：明確研究人群（如健康對照、輕度認(rèn)知障礙MCI患者、AD患者），確保樣本量充足且有代表性。*圖像采集與處理：制定標(biāo)準(zhǔn)化的掃描流程，使用合適的圖像重建算法和軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行定量分析（如標(biāo)準(zhǔn)攝取值SUV）。*臨床評估：結(jié)合認(rèn)知功能測試、神經(jīng)心理學(xué)評分等臨床指標(biāo)進(jìn)行綜合評估。*倫理考量：確保研究符合倫理規(guī)范，獲得知情同意。4.簡述光學(xué)分子成像技術(shù)與核醫(yī)學(xué)分子成像技術(shù)相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)。*優(yōu)點(diǎn)：*無電離輻射：對患者和環(huán)境更安全，可重復(fù)掃描。*高靈敏度：尤其在淺表組織成像時，信噪比較高。*實(shí)時成像：可進(jìn)行活體、實(shí)時動態(tài)過程觀察。*多色成像：可同時使用多種不同熒光染料標(biāo)記不同分子。*技術(shù)相對成熟、成本較低：設(shè)備和試劑成本通常低于核醫(yī)學(xué)設(shè)備。*缺點(diǎn)：*穿透深度有限：光子在組織中的散射和吸收嚴(yán)重，成像深度通常小于1厘米，僅適用于淺表器官或組織。*背景熒光干擾：生物組織本身和內(nèi)源性熒光物質(zhì)可能產(chǎn)生背景信號，干擾檢測。*光散射：影響空間分辨率，使圖像模糊。*需外源光源：需要激發(fā)光源，可能對活體組織產(chǎn)生光毒性。*信號衰減：光信號在組織中傳輸過程中強(qiáng)度衰減快。四、論述題1.論述正電子發(fā)射斷層顯像（PET）在腫瘤治療反應(yīng)評估中的價值、面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。*價值：*早期、無創(chuàng)評估：可在臨床癥狀和影像學(xué)體積變化出現(xiàn)前，通過檢測腫瘤相關(guān)分子（如增殖標(biāo)記物Ki-67、血管生成因子VEGF、凋亡相關(guān)蛋白等）的表達(dá)變化，早期評估治療效果。*定量分析：通過測量標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUV）或動態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對治療反應(yīng)的定量評估，比傳統(tǒng)的定性視覺評估更客觀、可靠。*指導(dǎo)個體化治療：可根據(jù)PET顯像結(jié)果（如治療前后信號變化）判斷治療敏感性，為調(diào)整治療方案（如更換藥物、劑量調(diào)整）提供依據(jù)。*監(jiān)測微小殘留病灶（MRD）：在治療結(jié)束后，可能通過檢測MRD相關(guān)標(biāo)志物，預(yù)測復(fù)發(fā)風(fēng)險并指導(dǎo)鞏固治療。*評估治療相關(guān)不良反應(yīng)：某些PET探針（如FDG）信號的變化也可能間接反映治療引起的組織損傷或炎癥反應(yīng)。*面臨的挑戰(zhàn)：*成像劑特異性與敏感性：需要開發(fā)出特異性高、靈敏度足夠、在腫瘤中能有效濃集且半衰期匹配的PET探針。*生理背景干擾：正常組織也可能表達(dá)某些靶分子，或存在生理性攝取，可能干擾腫瘤信號的判斷。*腫瘤異質(zhì)性：腫瘤內(nèi)部不同區(qū)域的分子表達(dá)和代謝狀態(tài)可能存在差異，單一區(qū)域的PET讀數(shù)可能無法完全反映整體情況。*標(biāo)準(zhǔn)化與可重復(fù)性：PET圖像采集、重建和定量分析流程的標(biāo)準(zhǔn)化仍需加強(qiáng)，以保證結(jié)果的可比性。*成本與普及性：PET設(shè)備昂貴，檢查費(fèi)用較高，限制了其廣泛應(yīng)用。*未來發(fā)展方向：*開發(fā)新型靶向探針：開發(fā)針對腫瘤特異性基因突變、新靶點(diǎn)（如免疫檢查點(diǎn)、代謝通路關(guān)鍵酶）的PET探針。*多模態(tài)PET成像：結(jié)合PET與MRI等其他模態(tài)，獲取更全面的生物學(xué)信息（形態(tài)、功能、代謝）。*動態(tài)PET與PET-MR：實(shí)現(xiàn)功能代謝與解剖結(jié)構(gòu)的精確融合，提高診斷和評估的準(zhǔn)確性。*人工智能（AI）輔助分析：利用AI算法進(jìn)行圖像自動分割、定量分析和治療反應(yīng)預(yù)測，提高效率和客觀性。*個體化治療藥物開發(fā)：基于PET成像指導(dǎo)的藥靶驗(yàn)證和候選藥物篩選。2.詳細(xì)說明磁共振成像（MRI）如何通過使用不同的造影劑實(shí)現(xiàn)功能性成像（如BOLD-fMRI,MRS-fMRI）？并舉例說明其在腦疾病研究中的應(yīng)用。*BOLD-fMRI(Blood-Oxygen-Level-DependentfunctionalMRI):BOLD-fMRI利用血氧水平依賴的MRI信號變化來間接反映腦血流和神經(jīng)活動。其原理是：當(dāng)大腦某個區(qū)域神經(jīng)活動增強(qiáng)時，局部神經(jīng)元和突觸活動增加，導(dǎo)致局部葡萄糖和氧氣消耗增加，進(jìn)而引起局部血管舒張，血流量（CBF）增加。血流量增加導(dǎo)致從該區(qū)域流走的血液中脫氧血紅蛋白（deoxyhemoglobin）相對含量減少，而氧合血紅蛋白（oxyhemoglobin）含量相對增加。脫氧血紅蛋白是一種強(qiáng)順磁性物質(zhì)，能夠顯著縮短周圍水分子的T1和T2弛豫時間，從而使該區(qū)域的MRI信號（尤其是T2*加權(quán)圖像）增強(qiáng)。通過檢測這種信號變化，即可繪制出與神經(jīng)活動相關(guān)的功能腦區(qū)地圖。BOLD-fMRI是目前應(yīng)用最廣泛的無創(chuàng)腦功能成像技術(shù)。*MRS-fMRI(MagneticResonanceSpectroscopy-fMRI):MRS-fMRI結(jié)合了MRI的空間選擇性和波譜學(xué)的化學(xué)特異性，通過檢測與神經(jīng)活動相關(guān)的代謝物濃度變化來反映腦功能。其原理是：神經(jīng)活動（如興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放）會改變局部腦組織的代謝狀態(tài)。例如，突觸活動增強(qiáng)可能導(dǎo)致谷氨酸（興奮性遞質(zhì)）的釋放和再攝取失衡，引起谷氨酸及其代謝物（如谷氨酰胺）濃度變化；或者神經(jīng)活動增加伴隨ATP消耗增加，可能導(dǎo)致磷酸肌酸（PCr）濃度下降。通過在感興趣區(qū)（ROI）進(jìn)行波譜分析，可以定量檢測這些特定代謝物的濃度變化。將這些代謝物濃度變化與BOLD信號變化相關(guān)聯(lián)，可以更直接地揭示神經(jīng)活動與特定神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)之間的聯(lián)系。例如，通過監(jiān)測谷氨酸/谷氨酰胺峰比（Glu/Gln）的變化來研究興奮性神經(jīng)元活動。*在腦疾病研究中的應(yīng)用舉例：*BOLD-fMRI：*癲癇研究：定位致癇灶、癲癇網(wǎng)絡(luò)、預(yù)測手術(shù)效果。*認(rèn)知障礙研究：探索阿爾茨海默病、精神分裂癥等疾病相關(guān)的腦功能網(wǎng)絡(luò)改變。*腦腫瘤研究：評估腫瘤周圍腦區(qū)的功能影響，規(guī)劃手術(shù)區(qū)域。*中風(fēng)研究：評估缺血半暗帶、預(yù)測康復(fù)潛力。*MRS-fMRI：*神經(jīng)退行性疾?。貉芯堪柎暮Ｄ　⑴两鹕≈刑囟ùx物的變化及其與臨床癥狀的關(guān)系。*腦卒中：評估梗死區(qū)域及周邊腦組織的代謝恢復(fù)情況。*精神疾?。禾剿饕钟舭Y、焦慮癥等疾病相關(guān)的神經(jīng)化學(xué)失衡。*腦腫瘤：評估腫瘤的代謝特征，輔助診斷和預(yù)后判斷。3.闡述分子影像技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究走向臨床應(yīng)用通常需要經(jīng)歷哪些關(guān)鍵步驟，并分析其中可能遇到的主要障礙。*關(guān)鍵步驟：1.靶點(diǎn)驗(yàn)證：確定與疾病狀態(tài)密切相關(guān)的分子靶點(diǎn)，并通過體外實(shí)驗(yàn)（如細(xì)胞實(shí)驗(yàn)）和動物模型進(jìn)行初步驗(yàn)證。2.探針設(shè)計(jì)與合成：基于已驗(yàn)證的靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成具有高特異性、高靈敏度、良好生物相容性和理想藥代動力學(xué)特性的分子探針。3.體外評價：在細(xì)胞層面和/或組織層面評估探針的靶向性、顯像信號強(qiáng)度和穩(wěn)定性。4.動物模型研究：在合適的動物模型（如轉(zhuǎn)基因小鼠、裸鼠異種移植模型等）中，評價探針的體內(nèi)分布、生物相容性、藥代動力學(xué)、成像性能和診斷價值。5.預(yù)臨床安全性評價：進(jìn)行系統(tǒng)的動物安全性研究，評估探針的長期毒性、免疫原性等。6.臨床前研究：在大型動物模型中進(jìn)一步驗(yàn)證探針的臨床應(yīng)用潛力，優(yōu)化成像方案，為人體試驗(yàn)提供依據(jù)。7.人體臨床試驗(yàn)