同步辐射X射线成像及应用

1、目 录： 同步辐射X射线相衬成像 同步辐射双色减影成像 上海光源的X射线成像及其医学应用线站 相比常规的相比常规的x射线射线光源，同步辐射光光源，同步辐射光源具有：源具有： 极高的光通量极高的光通量 波长可调谐波长可调谐 高度准直高度准直 多种实验手段多种实验手段同步辐射光源的优势：同步辐射X射线相衬成像1896年年2月月8日，日，X射线在美国首次用于临床诊断射线在美国首次用于临床诊断1895年11月8日（星期五），伦琴给他妻子Bertha拍的左手透视片，手上戴有戒指第一张X射线成象照片吸收反衬吸收反衬传统的传统的X射线成象系统都是基于样品不同射线成象系统都是基于样品不同部位对部位对X射线吸收

2、不同进行的，即所谓的射线吸收不同进行的，即所谓的吸收反衬成象。吸收反衬成象。从从1895年伦琴发现年伦琴发现X射线开始，该方法在射线开始，该方法在众多领域特别是临床医学领域获得了巨大众多领域特别是临床医学领域获得了巨大的成功。的成功。然而，然而，受原理的限制它很难对密度相差不受原理的限制它很难对密度相差不大的轻元素材料、生物软组织大的轻元素材料、生物软组织如血管、肿如血管、肿瘤瘤等成清晰象。等成清晰象。衬度产生机理衬度产生机理n吸收反衬吸收反衬u样品的厚度或密度样品的厚度或密度u元素的吸收元素的吸收X X射线透射成象机理：样品改变了入射光场的分布，探测器接收的光强分布包含了样品内部结构信息X射

3、线相衬成象射线相衬成象X-ray phase contrast imaging (XPCI)就是利用就是利用X射线透过样品后携带的位相信息对射线透过样品后携带的位相信息对样品内部结构成清晰象，样品内部结构成清晰象，它克服传统成象方法它克服传统成象方法的不足，是一种全新的成象方法，的不足，是一种全新的成象方法，也是目前也是目前X射线应用领域的研究热点，国际上大多数的同射线应用领域的研究热点，国际上大多数的同步辐射装置都有光束线开展相衬成象研究。步辐射装置都有光束线开展相衬成象研究。Real Time Ultra High Resolution Radiology on Live Specimen

4、s另一特点另一特点活样品的高分辨率实时成象活样品的高分辨率实时成象硬硬X射线相衬成象对光源的要求射线相衬成象对光源的要求空间相干性：空间相干性： 原则上应大于待分辨细节的最大尺寸，不要求整个照明范围全空间相干 对平行光空间相干长度：ls=2l/a时间相干性：时间相干性： 根据OTF分析，Dll0不会造成对比度过分降低，一般取Dl-l0/4。分辨率越高要求时间相干性越好合适的光源合适的光源 同步辐射同步辐射 或 微聚焦微聚焦X射线管射线管普通普通X射线源无法满足要求，必须具备较高的相干性射线源无法满足要求，必须具备较高的相干性衍射增强成像(DEI)Human breast cancer spec

5、imen.Specimen imaged in vitro with conventional absorption (top) and diffraction-enhanced techniques (bottom).ESRFConventional image Peak of analyzer image Apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA Human Finger Mouse heart radiograph Mouse heart apparent absorption image Mouse hear

6、t apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA Mouse lungs radiograph Mouse lungs peak of reflection image Mouse lungs apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA 无造影剂血管造影术无造影剂血管造影术?300m蜜蜂微血管蜜蜂微血管材料力学材料力学ForceForceX-raysOriginal line of detectDeveloped line of detect电化

7、学反应过程成象电化学反应过程成象250 mlectrodeCuivreZincZinc200 m金属材料的元素扩散过程成象金属材料的元素扩散过程成象Al11ZngalliumgalliumDiffusion de galliumfissuration聚合物材料内部结构研究聚合物材料内部结构研究颗粒边界颗粒边界PP相衬相衬CTCT- 昆虫相衬相衬CTCT-锌铝合金内部结构注意观察其中内含物 同步辐射X射线医学应用双色减影成像 I造影造影 K吸收边吸收边 （33.17KeV） 吸收强度是骨、肉吸收的吸收强度是骨、肉吸收的10000倍倍 E1吸收边低端吸收边低端 E2吸收边高端吸收边高端 Gd造影造

8、影 K吸收边吸收边 （50.24KeV）Figure 1. (a) Intravenous synchrotron angiogram of the first patient at the ESRF taken in a left anterior oblique (LAO) projection. The image shows the second segment C2 with a stent and the crux. RCA: right coronary artery. (b) Conventional selective coronary angiography of the

9、same patient, in the LAO orientation, performed the same day at the cardiological unit of the hospital after arterial catheterization.Phys. Med. Biol. 45 (2000) L39L43.“First human transvenous coronary angiography at the ESRF”(a)(b)常规造影常规造影Fig. 3. A picture of a human heart obtained with subtraction

10、 coronary angiography at HASYLAB at DESY showing clearly the right coronary artery (RCA) after an intravenous injection of the contrast agent.Fig. 4. First experiments for transvenous coronary angiography at the medical beamline at the ESRF: shown is the heart of a pig after an intravenous injection of the contrast agent.NIMA 454 (2000)Fig. 2. (a) Intravenous angiogram of a 72-year-old male in LAO 30 projection. Target: RCA with stent, diagnosis: two insignificant stenoses proximal and distal to the stent. (b) Intravenous angiogram of a