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从17世纪第一台显微镜的出现开始，形态学的研究不断推动着生物学的发展，也是指导医学发展的重要原则之一。分子影像学的出现对许多传统的生物学定律提出了挑战，它在形态学改变的基础上成功地使功能成像的概念更加深入，开创了活体生物研究的新领域。
一 分子影像学的定义
分子影像学可以广泛的定义为在细胞和分子水平对体内生物学过程进行描述和测量。与传统的临床影像比较，它显示的是疾病分子水平的异常，而不是这些分子改变所导致的最终结果的成像。即从生理．生化水平认识疾病，阐明病变组织生物过程的变化．病变细胞基因表达．代谢活性高低．病变细胞是否存活以及细胞内生物活动的状态等，为临床早期诊断．治疗和疾病的研究提供分子水平信息。自从十六世纪后期第一架显微镜诞生至今，形态学的观察一直推动着生物学的进程，而分子影像学的迅速崛起使形态学的观察有了更深的内涵和意义。这是一个新的多学科领域，在这里图像已延伸到在可靠的生理环境下，反映细胞和分子的通道以及在活体内疾病发生的机制。
分子影像学的出现很大程度上是由于近年来分子生物学和细胞生物学技术空前的进步和发展；以及转基因动物模型．新型而高效的成像探针和药物的应用（它们拥有高特异性）、小动物成像设备的成功发展。与此同时，人类基因组序列草图的提前完成和以基因功能组学和蛋白质功能组学研究为主的后基因组时代的开始，DNA．RNA分离．提纯、杂交、测序及酶学修饰、PCR、克隆．基因芯片等分子生物学技术在医学各个领域的广泛应用，为我们在分子水平上理解疾病并进一步治疗疾病提供了可能，而目很多已应用于临床研究，这也带动了医学影像学由大体以解剖学改变为基础向微观如生物代谢及基因表达等更具特异性的方向发展。
与其它学科相比，分子影像学的独特优势在于（1）它可将复杂的生物学过程（如基因表达。生物信号传递等）变成直观的图像，从而使我们能够更好地在分子水平理解疾病的机制及其特征；（2）能够发现疾病（如肿瘤）早期的分子变异及病理改变过程，这是传统手段无法检测到的；（3）可在活体上早期．连续性地观察药物治疗及基因治疗的机理和效果。（4）实时地监视多个分子事件；（5）评估疾病分子病理水平上的进程。这不仅是分子生物学和医学影像学划时代意义的进步，更将对整个生命科学的研究起到革命性的作用。
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