同步辐射医学的应用ppt课件

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,同步辐射的医学应用,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，14。 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。,6,7,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,同步辐射的优势和能力,SR作为检测手段,SR介入实际治疗,9,同步辐射技术的优势,10,同步辐射的医学应用,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,15,同步辐射的医学活体诊断方法,人体研究,人体研究,动物研究,动物研究,体外组织,16,同步辐射心血管造影术,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,18,同步辐射心血管造影术,NIKOS-II,19,心脏“搭桥”手术,心脏“扩张”手术,NIKOS-II,20,ESRF医学应用束线,21,ESRF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/BNL 1996年底完成了22个人体心血管造影研究 HASYLAB/DESY 1997年底已完成276个病人测量 完成研究，技术封存，等待投资 ESRF 2000年开始人体研究 PF/KEK 人体研究志愿者,25,肺部支气管成像术,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/BNL,26,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（34.56keV）上下的单色X射线束进行减影成像，从而获得肺泡的清晰图象。 人体研究,27,同步辐射计算机断层扫描术,大脑、颈部成像，发现早期肿瘤 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,相位衬度成像技术,29,30,早期乳房肿瘤的胸部成像术,早期诊断+适当治疗：有效延长患者寿命达20年,ELETRRA. Italy,31,乳癌的早期诊断技术,衍射增强成像技术乳癌 分析晶体单色器对来自样品的吸收和折射射信号进行分别成像； 对样品产生的折射效应敏感，大大提高生物软组织中密度的微小差别产生的成像衬度。,32,衍射增强技术的应用,NSLS,APS,33,同步辐射微束放射治疗,同步辐射高度准直性 大小约10微米、间隔约100微米的许多微线条或微点光束 三维方向的立体放射治疗 微光束路径上辐射造成的正常组织的损伤将会被附近健康的组织迅速修复 进一步减少射线照射路径上正常组织的辐照损伤和副作用。,34,同步辐射微束放射治疗,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,果蝇的复眼,35,光激活治疗方法,常规手段对严重的神经胶质瘤效果很差 很低的长期生存率 在肿瘤DNA中引入含铂化合物的药物 选择铂元素的电子激发和电离78keV的X光，Pt吸收边上 激发的俄歇电子携带高能量，在10纳米左右的近邻释放能量,36,动物实验老鼠,37,ESRF的医学应用束线,ESRF6.0GeV，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,SPring-8的生物医学成像中心,8所大学和研究机构，三条束线 全面开展医学应用成像有关的研究,39,拟开展的研究方面,SPring-88.0GeV：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,兔耳的micro-angiography,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,同步辐射医学应用的前景,心血管造影术期待突破 三个地方已经完成人体实验 DESY技术封存，等待投资 没有非同步辐射不可的因素？ 辐射治疗竞争十分激烈 常规、加速器 成像诊断方面面临突破 相位衬度技术：局限性 衍射增强成像：一枝独秀,42,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,我们可以做什么？,BSRF医学研究（切片、小动物） 类同轴成像 DEI DEI-CT 人体诊断的先导研究 极高空间分辨率的追求细胞生物学 可能的发展建造一个超导Wiggler,44,SSRF临床应用（人体） 心血管术需要有一些新的想法 提高探测器的分辨率和效率 支气管成像术 乳腺成像术DEI的应用 成像原理的探索 微束辐射治疗 生物学效应的研究,45,医学应用的未来目标,同步辐射 技术研究 方法发展 临床应用小型光源 加速器X光源 小型加速器韧致辐射光源,46,