同步辐射的医学应用专家讲座

人类健康问题同时辐射优势和能力同时辐射医学应用同时辐射医学应用前景1同步辐射的医学应用第1页科学院定位国家需求＋科学前沿国家需求安全问题：领土、网络、粮食能源问题：新能源、节能技术新材料：纳米、毒理环境问题：修复、保持健康问题：新诊疗、治疗伎俩2同步辐射的医学应用第2页人口与健康问题健康是人最大财富“以人为本，全方面、协调地可连续发展。”传染性疾病X三大伎俩——化学、免疫、抗生素疗法两大杀手肿瘤心脑血管疾病3同步辐射的医学应用第3页心、脑血管疾病生活水平提升，食物结构改变；人均寿命延长；吸烟！每年夺走1200万人生命，1／4。诊疗“金标准”——选择性冠状动脉X光造影术死亡率约0.1—0.2%，并发后遗症约1.5—3%第一杀手4同步辐射的医学应用第4页癌症／恶性肿瘤人口老龄化；生活方式城市化；工业化进程——空气污染吸烟！肺癌为我国发病率和死亡率最高恶性肿瘤，并将在今后30年内大幅度增加；伴随农村城市化趋势、动物及油脂类食物比重增大，乳癌患者死亡率也将逐步增加。第二杀手5同步辐射的医学应用第5页肿瘤生长三个时期：无血管期或称为血管前期，此时肿瘤细胞主要靠弥散取得营养，生长迟缓；血管期也称为血管浸润性生长久，此时肿瘤组织有新血管形成，这些血管不停为肿瘤组织提供营养和排除代谢产物，使肿瘤得以快速增加；转移期，

当肿瘤生长到一定程度就向周围组织侵袭及发生转移——扩散。

6同步辐射的医学应用第6页7同步辐射的医学应用第7页健康生活方式预防为主——肿瘤疫苗：太空瘤苗早期诊疗——能够治疗中期治疗——为时未晚晚期——？早期诊疗是关键！

看到并确认病变性质！战胜癌症8同步辐射的医学应用第8页极高光通量波长可调谐高度准直各种试验伎俩SR作为检测伎俩SR介入实际治疗9同步辐射的医学应用第9页同时辐射技术优势方法常规方法SR优势同时辐射微束治疗X刀、刀、调强适形放疗术深入减小辐照损伤——脑瘤同时辐射心血管造影术选择性冠状动脉X光造影术安全、无并发后遗症同时辐射肺部支气管成像术X光透视，~1cm<1cm，提升患者五年生存率。衍射增强成像技术—乳癌Mammography~1cm<1cm，早发觉。10同步辐射的医学应用第10页活体诊疗

高强度、宽能谱

高度准直体外检测11同步辐射的医学应用第11页自从1894年伦琴发觉X射线，X射线透视和成像技术在医学诊疗和放射治疗中就饰演了十分主要角色。

X射线透视早已经成为普通医院进行骨骼、胸部透视和放射治疗常规伎俩，基于X射线医疗诊疗和治疗方法也在不停发展，如X射线大脑CT术、乳腺肿瘤成像术、选择性心血管造影术等等，为人类健康作出了主动贡献。

12同步辐射的医学应用第12页

同时辐射高通量和亮度、可调谐、时间结构和偏振性为医学科学许多应用提供一个理想光源。

1976年底美国斯坦福大学就提出并于1979年在SSRL开启了同时辐射人体心血管造影计划。随即许多国家相继开始了以心血管造影术为主同时辐射医学应用计划。近年来，在法国欧洲同时辐射装置（ESRF）和日本SPring-8光源分别提出了庞大医学应用计划。

13同步辐射的医学应用第13页人体组织试验室检测病毒结构测定已经测定了人体感冒病毒、爱滋病病毒等主要病毒结构；各种人体组织显微成像研究；辐射细胞生物学等。14同步辐射的医学应用第14页活体检测、诊疗及治疗观察冠状动脉狭窄静脉注射心血管造影术；观察大脑和颈部肿瘤单色光计算机断层扫描术观察早期肺癌肺部支气管成像术观察早期乳房肿瘤胸部成像术副作用极小同时辐射微束放射治疗光激活治疗15同步辐射的医学应用第15页人体研究人体研究动物研究动物研究体外组织16同步辐射的医学应用第16页尽早发觉心脏冠状动脉狭窄17同步辐射的医学应用第17页同时辐射心血管造影术原理安全、无痛苦——非侵入性静脉注射造影剂在碘K吸收边(33.17keV)两侧碘原子质量吸收系数分别为6.5cm2/g和37.0cm2/g，相差5.7倍；而骨、肌肉和脂肪吸收系数几乎相等。E1、E2单色光——对注射了碘造影剂心脏透视成像双色减影术18同步辐射的医学应用第18页NIKOS-II19同步辐射的医学应用第19页NIKOS-II20同步辐射的医学应用第20页ESRF医学应用束线21同步辐射的医学应用第21页ESRF医学应用

病人座椅探测器22同步辐射的医学应用第22页线列探测器电子学基本参数有效长度 150mm空间分辨率 0.4mm读出时间 0.8msec 动力学范围 380000:1 23同步辐射的医学应用第23页日本光子工厂采取动态造影术24同步辐射的医学应用第24页现实状况NSLS/BNL1996年底完成了22个人体心血管造影研究

HASYLAB/DESY1997年底已完成276个病人测量

完成研究，技术封存，等候投资ESRF年开始人体研究PF/KEK人体研究——志愿者25同步辐射的医学应用第25页常规伎俩观察不到直径小于1厘米肿瘤吸入氙气（Xe）K吸收边上下减影成像增加5年存活期NSLS/BNL26同步辐射的医学应用第26页同时辐射肺部支气管成像术—肺癌实施方案与同时辐射心血管造影术类似；患者吸入含Xe气混合气体（80%Xe气、20%O2气）；选择光子能量在XeK吸收边（34.56keV）上下单色X射线束进行减影成像，从而取得肺泡清楚图象。人体研究27同步辐射的医学应用第27页大脑、颈部成像，发觉早期肿瘤目标定位，开展后续放射治疗吸收，荧光，双光子，吸收边减影，相位衬度28同步辐射的医学应用第28页29同步辐射的医学应用第29页30同步辐射的医学应用第30页早期诊疗+适当治疗：有效延长患者寿命达20年ELETRRA.Italy31同步辐射的医学应用第31页乳癌早期诊疗技术衍射增强成像技术—乳癌分析晶体单色器对来自样品吸收和折射射信号进行分别成像；对样品产生折射效应敏感，大大提升生物软组织中密度微小差异产生成像衬度。

32同步辐射的医学应用第32页NSLS,APS33同步辐射的医学应用第33页同时辐射微束放射治疗同时辐射高度准直性大小约10微米、间隔约100微米许多微线条或微点光束三维方向立体放射治疗微光束路径上辐射造成正常组织损伤将会被附近健康组织快速修复深入降低射线照射路径上正常组织辐照损伤和副作用。

34同步辐射的医学应用第34页梳状光束、交叉照射：20-50微米宽、间隔75-200微米高度几毫米ESRF果蝇复眼35同步辐射的医学应用第35页光激活治疗方法常规伎俩对严重神经胶质瘤效果很差很低长久生存率在肿瘤DNA中引入含铂化合物药品选择铂元素电子激发和电离——78keVX光，Pt吸收边上激发俄歇电子携带高能量，在10纳米左右近邻释放能量36同步辐射的医学应用第36页动物试验——老鼠

Itshowedthatafterayearofthistreatment,threeratsoutof10wereconsideredcured,whereaswithouttreatment,allwouldbedead.

CancerRes.64:2317-2323

37同步辐射的医学应用第37页ESRF医学应用束线ESRF－－6.0GeV，1.5T,21极扭摆器心血管造影术人体研究支气管成像术模型研究多能量CT体外组织乳腺成像术体外组织光激活辐射治疗动物研究衍射增强成像动物研究38同步辐射的医学应用第38页8所大学和研究机构，三条束线全方面开展医学应用成像相关研究39同步辐射的医学应用第39页拟开展研究方面SPring-8－－8.0GeV：弯铁、扭摆器、波荡器心血管造影术计划微心血管造影术动物研究支气管成像术计划多能量CT计划荧光CT计划散射CT计划相位增强成像动物研究乳腺成像术计划辐射治疗计划衍射增强成像计划40同步辐射的医学应用第40页常规X射线影像动脉注入Ba造影剂SR影像：24微米6微米41同步辐射的医学应用第41页同时辐射医学应用前景心血管造影术－－期待突破三个地方－已经完成人体试验DESY－技术封存，等候投资没有非同时辐射不可原因？辐射治疗－－竞争十分激烈常规、加速器成像诊疗方面－－面临突破相位衬度技术：不足衍射增强成像：一枝独秀42同步辐射的医学应用第42页干涉法相位技术复杂尺寸限制衍射增强相位梯度相对简单图像直观类同轴相位二阶简单图像复杂三种相位衬度成像方法43同步辐射的医学应用第43页我们能够做什么？BSRF－－医学研究（切片、小动物）类同轴成像DEIDEI-CT人体诊疗先导研究极高空间分辨率追求——细