非侵襲的な分子イメージングに使用される手法は多岐にわたる。
磁気共鳴イメージング編集部
MRI には、非常に高い空間分解能があり、形態学的イメージングと機能的イメージングに長けているという利点があります。 しかし、MRIにはいくつかの欠点があります。 まず、MRIの感度は10-3 mol/Lから10-5 mol/L程度であり、他のタイプのイメージングと比較すると、非常に限定的である可能性がある。 この問題は、高エネルギー状態の原子と低エネルギー状態の原子の差が非常に小さいことに起因しています。 例えば、臨床用MRIの代表的な磁場強度である1.5テスラでは、高エネルギー状態と低エネルギー状態の差は約9分子/200万である。 MRの感度を上げるための改良点として、磁場強度を上げること、光ポンピング、動的核偏光、パラ水素誘導偏光による高偏光化がある。
MRIを用いた疾患バイオマーカーの分子イメージングを実現するためには、高い特異性と高い緩和性（感度）を持つ標的MRI造影剤が必要である。 現在までに、MRIによる分子イメージングを実現するために、標的MRI造影剤の開発に多くの研究が行われてきました。 一般的には、ペプチド、抗体、小さなリガンド、HER-2アフィボディのような小さなタンパク質ドメインがターゲティングのために適用されてきました。 造影剤の感度を高めるために、これらのターゲティング部位は通常、高ペイロードのMRI造影剤や高い緩和率を有するMRI造影剤と連結される。 特に、近年開発されたミクロンサイズの酸化鉄粒子（MPIO）は、動脈や静脈に発現するタンパク質の検出において、これまでにない高い感度を達成することを可能にした。 光学イメージング
光学イメージングに用いられるアプローチは多数存在する。
光イメージングの最も価値ある特質は、それと超音波が、他の医療イメージング様式のような強い安全性の懸念がないことである。 浸透深度は光の吸収と散乱に関連しており、これは主に励起光源の波長の関数である。 光は、生体組織に存在する内因性発色団（ヘモグロビン、メラニン、脂質など）によって吸収されます。 一般に、光の吸収と散乱は波長が長くなるにつれて減少します。 700nm以下（例：可視光）では、これらの効果により、透過深度は数ミリ程度と浅くなります。 したがって、可視光領域では、組織の特徴を表面的に評価することのみが可能です。 900 nm 以上では、水の吸収が信号対背景比の妨げになることがあります。 組織の吸収係数は近赤外線（NIR）領域（700-900nm）ではかなり低いため、光はより深く、数cmの深さまで浸透することができます。
近赤外線イメージング 編集
蛍光プローブやラベルは光学イメージングにとって重要な手段です。 一部の研究者は、急性心筋梗塞（AMI）のラットモデルで、アポトーシス細胞や壊死細胞に結合できるペプチドプローブを使用して、近赤外線イメージングを適用しています。 Kodak X-SIGHT Dyes and Conjugates, Pz 247, DyLight 750 and 800 Fluors, Cy 5.5 and 7 Fluors, Alexa Fluor 680 and 750 Dyes, IRDye 680 and 800CW Fluors など、多くの近赤外線（NIR）蛍光色素が in vivoイメージングに使用されてきた。 量子ドットは、その光安定性と高輝度発光により、多くの関心を集めています。しかし、その大きさゆえに循環系や腎臓系からのクリアランスが効率的に行われず、また長期間の毒性を示すという問題があります。
いくつかの研究では、光学イメージングにおける赤外色素標識プローブの使用が実証されています。
- ガンマシンチグラフィーとNIRイメージングの比較では、111
InとNIR蛍光色素でデュアル標識したシクロペンタペプチドがαvβ3-インテグリン陽性メラノーマ異種移植体の画像化に使用されています。 - αvβ3-integrinを標的とする近赤外ラベルRGDは、さまざまながんを標的とする数多くの研究で使用されています。
- 近赤外線蛍光体は、腫瘍の進行の画像化のために上皮成長因子（EGF）に結合されています。
- 近赤外線蛍光体はCy5.5と比較され、より長い波長の色素が光イメージングに効果的なターゲティング剤を生み出す可能性があることが示唆された。
- パミドロネートはNIRフルオロフォアで標識され、生きた動物の骨芽細胞活性を検出する骨イメージング剤として使用されている。
- PSMA（前立腺特異的膜抗原）の強力な阻害剤であるGPIを近赤外蛍光色素で標識したもの。
- センチネルリンパ節のマッピングのための追跡剤として、近赤外線蛍光体で標識されたヒト血清アルブミンの使用。
- NIRフルオロフォアで標識された2-Deoxy-D-Glucose(デオキシ-D-グルコース)。
あらゆるベクターにNIRプローブを加えることは、ベクターの生体適合性と生体内分布を変える可能性があることに注意することが重要である。
Single photon emission computed tomography 編集
1970年代のコンピュータ断層撮影の発展により、臓器や組織におけるラジオアイソトープの分布を地図化することができ、現在SPECT (Single Photon Exmission Computed Tomography) と呼ばれている技術へとつながったのである。
PETで用いられる陽電子放出核種（18
Fなど）とは対照的に、SPECTで用いられるイメージング剤はガンマ線を放出する。
キセノン（133
Xe）ガスもそのような放射性トレーサーの一つです。 肺機能の評価のための診断的吸入研究、肺の画像化、およびrCBFの評価にも使用できることが示されている。 このガスの検出は、コリメーター、NaI結晶、光電子増倍管からなるシンチレーション検出器であるガンマカメラを介して行われます。
ガンマカメラを患者の周りで回転させ、放射性トレーサーの分布の三次元画像を、フィルター逆投影法または他の断層法を使って取得することができます。 SPECT に使用される放射性同位元素は半減期が比較的長く（数時間から数日）、製造が容易で比較的安価であるため、分子イメージング技術として SPECT の大きな利点となっています。 しかし、空間分解能（粒子がどこにあるのか）や時間分解能（造影剤の信号がこのミリ秒、このミリ秒に発生したのか）には乏しい。
ポジトロンエミッショントモグラフィー編集
再生メディア
PET、MRI、ヒト脳の重ね合わせ画像
Positron Emission Tomography (PET) は核医学イメージング技術で、体内の機能プロセスの3D画像または画像を作成します。 PETの背後にある理論は非常にシンプルです。 まず、分子にポジトロン（陽電子）を放出する同位元素を付けます。 この陽電子が近くの電子と対消滅し、511keVの光子を2個、180度反対方向に向けて放出する。 この光子はスキャナーで検出され、特定領域での陽電子消滅の密度を推定することができる。 十分な数の陽電子消滅が起こると、その領域で元の分子の密度を測定することができる。 代表的な同位体には11
C、13
N、15
O、18
F、64
Cu、62
Cu、124
I、76
Br、82
Rb、89
Zrおよび68
Gaがあるが、臨床的に最も使用されるのは18
Fである。 PETの大きな欠点は、ほとんどのプローブがサイクロトロンを使って作られなければならないことです。 また、半減期が数時間であるため、サイクロトロンを施設内に設置しなければなりません。 これらの要因により、PETは法外に高価になる可能性があります。 しかし、PETイメージングには多くの利点があります。 典型的なPETスキャナーは、10-11mol/Lから10-12mol/Lの濃度を検出することができる。