同步辐射的医学应用

人类的健康问题同步辐射的优势和能力同步辐射的医学应用同步辐射医学应用的前景1科学院的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：新的诊断、治疗手段2人口与健康问题 健康是人最大的财富“以人为本，全面、协调地可持续发展。 ” 传染性疾病 X 三大手段 化学、免疫、抗生素疗法 两大杀手 肿瘤 心脑血管疾病3 心、脑血管疾病 生活水平提高，食物结构变化； 人均寿命延长； 吸烟！ 每年夺走 1200万人生命， 1 4。 诊断的 “金标准 ” 选择性冠状动脉 X光造影术 死亡率约 0.10.2% ，并发后遗症约 1.53%第一杀手4 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的恶性肿瘤，并将在今后 30年内大幅度增加； 随着农村城市化的趋势、动物及油脂类食物比重的增大， 乳癌 患者的死亡率也将逐步增加。第二杀手5肿瘤生长的三个时期：无血管期或称为血管前期 ，此时肿瘤细胞主要靠弥散获得营养，生长缓慢；血管期也称为血管浸润性生长期 ，此时肿瘤组织有新血管形成，这些血管不断为肿瘤组织提供营养和排除代谢产物，使肿瘤得以迅速增长；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 。 67健康的生活方式预防为主 肿瘤疫苗： 太空瘤苗早期诊断 可以治疗中期治疗 为时未晚晚期 ？早期诊断是关键！看到并确认病变的性质！战胜癌症8 极高的光通量 波长可调谐 高度准直 多种实验手段SR作为检测手段SR介入实际治疗9同步辐射技术的优势方法 常 规 方法 SR的 优势同步 辐 射微束治疗X刀、 刀、 调 强适形放 疗术进 一步减小 辐 照损伤 脑 瘤同步 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 症同步 辐 射肺部支气管成像 术X光透 视 ， 1 cm 1 cm， 提高患者五年生存率。衍射增 强 成像技术 乳癌Mammography1 cm1 cm，早 发现。10活体诊断高强度、宽能谱高度准直体外检测11 自从 1894年伦琴发现X射线， X射线透视和成像技术在医学诊断和放射治疗中就扮演了十分重要的角色。X射线透视早已经成为一般医院进行骨骼、胸部透视和放射治疗的常规手段，基于 X射线的医疗诊断和治疗方法也在不断发展，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，为人类的健康作出了积极的贡献。 12同步辐射的高通量和亮度、可调谐、时间结构和偏振性为医学科学的许多应用提供一个理想的光源。1976年底美国斯坦福大学就提出并于1979年在 SSRL启动了同步辐射人体心血管造影计划。随后许多国家相继开始了以心血管造影术为主的同步辐射医学应用计划。 近年来，在法国的欧洲同步辐射装置（ ESRF） 和日本的 SPring-8光源分别提出了庞大的医学应用计划。 13人体组织的实验室检测病毒的结构测定 已经测定了人体感冒病毒、爱滋病病毒等重要病毒的结构；各种人体组织的显微成像研究；辐射细胞生物学等。14活体检测、诊断及治疗观察冠状动脉狭窄的静脉注射心血管造影术；观察大脑和颈部肿瘤的单色光计算机断层扫描术观察早期肺癌的肺部支气管成像术观察早期乳房肿瘤的胸部成像术副作用极小的同步辐射微束放射治疗光激活治疗1516尽早发现心脏冠状动脉狭窄17同步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 在碘的 K吸收边 (33.17 keV)两侧 碘原子的质量吸收系数分别为 6.5cm2/g和 37.0 cm2/g， 相差 5.7倍； 而骨、肌肉和脂肪的吸收系数几乎相等 。 E1、 E2单色光 对注射了碘造影剂的心脏透视成像 双色减影术18NIKOS-II19NIKOS-II20ESRF医学应用束线21ESRF医学应用病人座椅 探测器22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日本光子工厂采用的动态造影术24现状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，等待投资ESRF2000年开始人体研究PF/KEK人体研究 志愿者25常规手段观测不到直径小于 1厘米的肿瘤吸入氙气（ Xe）K吸收边上下减影成像增加 5年存活期NSLS/BNL26同步 辐 射肺部支气管成像 术 肺癌实 施方案与同步 辐 射心血管造影 术 类似；患者吸入含 Xe气的混合气体（ 80%的 Xe气、20%的 O2气） ；选择 光子能量在 Xe的 K吸收 边 （ 34.56