同步輻射的醫(yī)學應用專家講座

人類健康問題同時輻射優(yōu)勢和能力同時輻射醫(yī)學應用同時輻射醫(yī)學應用前景1同步輻射的醫(yī)學應用第1頁科學院定位國家需求＋科學前沿國家需求安全問題：領土、網(wǎng)絡、糧食能源問題：新能源、節(jié)能技術新材料：納米、毒理環(huán)境問題：修復、保持健康問題：新診療、治療伎倆2同步輻射的醫(yī)學應用第2頁人口與健康問題健康是人最大財富“以人為本，全方面、協(xié)調(diào)地可連續(xù)發(fā)展。”傳染性疾病X三大伎倆——化學、免疫、抗生素療法兩大殺手腫瘤心腦血管疾病3同步輻射的醫(yī)學應用第3頁心、腦血管疾病生活水平提升，食物結構改變；人均壽命延長；吸煙！每年奪走1200萬人生命，1／4。診療“金標準”——選擇性冠狀動脈X光造影術死亡率約0.1—0.2%，并發(fā)后遺癥約1.5—3%第一殺手4同步輻射的醫(yī)學應用第4頁癌癥／惡性腫瘤人口老齡化；生活方式城市化；工業(yè)化進程——空氣污染吸煙！肺癌為我國發(fā)病率和死亡率最高惡性腫瘤，并將在今后30年內(nèi)大幅度增加；伴隨農(nóng)村城市化趨勢、動物及油脂類食物比重增大，乳癌患者死亡率也將逐步增加。第二殺手5同步輻射的醫(yī)學應用第5頁腫瘤生長三個時期：無血管期或稱為血管前期，此時腫瘤細胞主要靠彌散取得營養(yǎng)，生長遲緩；血管期也稱為血管浸潤性生長久，此時腫瘤組織有新血管形成，這些血管不停為腫瘤組織提供營養(yǎng)和排除代謝產(chǎn)物，使腫瘤得以快速增加；轉移期，

當腫瘤生長到一定程度就向周圍組織侵襲及發(fā)生轉移——擴散。

6同步輻射的醫(yī)學應用第6頁7同步輻射的醫(yī)學應用第7頁健康生活方式預防為主——腫瘤疫苗：太空瘤苗早期診療——能夠治療中期治療——為時未晚晚期——？早期診療是關鍵！

看到并確認病變性質！戰(zhàn)勝癌癥8同步輻射的醫(yī)學應用第8頁極高光通量波長可調(diào)諧高度準直各種試驗伎倆SR作為檢測伎倆SR介入實際治療9同步輻射的醫(yī)學應用第9頁同時輻射技術優(yōu)勢方法常規(guī)方法SR優(yōu)勢同時輻射微束治療X刀、刀、調(diào)強適形放療術深入減小輻照損傷——腦瘤同時輻射心血管造影術選擇性冠狀動脈X光造影術安全、無并發(fā)后遺癥同時輻射肺部支氣管成像術X光透視，~1cm<1cm，提升患者五年生存率。衍射增強成像技術—乳癌Mammography~1cm<1cm，早發(fā)覺。10同步輻射的醫(yī)學應用第10頁活體診療

高強度、寬能譜

高度準直體外檢測11同步輻射的醫(yī)學應用第11頁自從1894年倫琴發(fā)覺X射線，X射線透視和成像技術在醫(yī)學診療和放射治療中就飾演了十分主要角色。

X射線透視早已經(jīng)成為普通醫(yī)院進行骨骼、胸部透視和放射治療常規(guī)伎倆，基于X射線醫(yī)療診療和治療方法也在不停發(fā)展，如X射線大腦CT術、乳腺腫瘤成像術、選擇性心血管造影術等等，為人類健康作出了主動貢獻。

12同步輻射的醫(yī)學應用第12頁

同時輻射高通量和亮度、可調(diào)諧、時間結構和偏振性為醫(yī)學科學許多應用提供一個理想光源。

1976年底美國斯坦福大學就提出并于1979年在SSRL開啟了同時輻射人體心血管造影計劃。隨即許多國家相繼開始了以心血管造影術為主同時輻射醫(yī)學應用計劃。近年來，在法國歐洲同時輻射裝置（ESRF）和日本SPring-8光源分別提出了龐大醫(yī)學應用計劃。

13同步輻射的醫(yī)學應用第13頁人體組織試驗室檢測病毒結構測定已經(jīng)測定了人體感冒病毒、愛滋病病毒等主要病毒結構；各種人體組織顯微成像研究；輻射細胞生物學等。14同步輻射的醫(yī)學應用第14頁活體檢測、診療及治療觀察冠狀動脈狹窄靜脈注射心血管造影術；觀察大腦和頸部腫瘤單色光計算機斷層掃描術觀察早期肺癌肺部支氣管成像術觀察早期乳房腫瘤胸部成像術副作用極小同時輻射微束放射治療光激活治療15同步輻射的醫(yī)學應用第15頁人體研究人體研究動物研究動物研究體外組織16同步輻射的醫(yī)學應用第16頁盡早發(fā)覺心臟冠狀動脈狹窄17同步輻射的醫(yī)學應用第17頁同時輻射心血管造影術原理安全、無痛苦——非侵入性靜脈注射造影劑在碘K吸收邊(33.17keV)兩側碘原子質量吸收系數(shù)分別為6.5cm2/g和37.0cm2/g，相差5.7倍；而骨、肌肉和脂肪吸收系數(shù)幾乎相等。E1、E2單色光——對注射了碘造影劑心臟透視成像雙色減影術18同步輻射的醫(yī)學應用第18頁NIKOS-II19同步輻射的醫(yī)學應用第19頁NIKOS-II20同步輻射的醫(yī)學應用第20頁ESRF醫(yī)學應用束線21同步輻射的醫(yī)學應用第21頁ESRF醫(yī)學應用

病人座椅探測器22同步輻射的醫(yī)學應用第22頁線列探測器電子學基本參數(shù)有效長度 150mm空間分辨率 0.4mm讀出時間 0.8msec 動力學范圍 380000:1 23同步輻射的醫(yī)學應用第23頁日本光子工廠采取動態(tài)造影術24同步輻射的醫(yī)學應用第24頁現(xiàn)實狀況NSLS/BNL1996年底完成了22個人體心血管造影研究

HASYLAB/DESY1997年底已完成276個病人測量

完成研究，技術封存，等候投資ESRF年開始人體研究PF/KEK人體研究——志愿者25同步輻射的醫(yī)學應用第25頁常規(guī)伎倆觀察不到直徑小于1厘米腫瘤吸入氙氣（Xe）K吸收邊上下減影成像增加5年存活期NSLS/BNL26同步輻射的醫(yī)學應用第26頁同時輻射肺部支氣管成像術—肺癌實施方案與同時輻射心血管造影術類似；患者吸入含Xe氣混合氣體（80%Xe氣、20%O2氣）；選擇光子能量在XeK吸收邊（34.56keV）上下單色X射線束進行減影成像，從而取得肺泡清楚圖象。人體研究27同步輻射的醫(yī)學應用第27頁大腦、頸部成像，發(fā)覺早期腫瘤目標定位，開展后續(xù)放射治療吸收，熒光，雙光子，吸收邊減影，相位襯度28同步輻射的醫(yī)學應用第28頁29同步輻射的醫(yī)學應用第29頁30同步輻射的醫(yī)學應用第30頁早期診療+適當治療：有效延長患者壽命達20年ELETRRA.Italy31同步輻射的醫(yī)學應用第31頁乳癌早期診療技術衍射增強成像技術—乳癌分析晶體單色器對來自樣品吸收和折射射信號進行分別成像；對樣品產(chǎn)生折射效應敏感，大大提升生物軟組織中密度微小差異產(chǎn)生成像襯度。

32同步輻射的醫(yī)學應用第32頁NSLS,APS33同步輻射的醫(yī)學應用第33頁同時輻射微束放射治療同時輻射高度準直性大小約10微米、間隔約100微米許多微線條或微點光束三維方向立體放射治療微光束路徑上輻射造成正常組織損傷將會被附近健康組織快速修復深入降低射線照射路徑上正常組織輻照損傷和副作用。

34同步輻射的醫(yī)學應用第34頁梳狀光束、交叉照射：20-50微米寬、間隔75-200微米高度幾毫米ESRF果蠅復眼35同步輻射的醫(yī)學應用第35頁光激活治療方法常規(guī)伎倆對嚴重神經(jīng)膠質瘤效果很差很低長久生存率在腫瘤DNA中引入含鉑化合物藥品選擇鉑元素電子激發(fā)和電離——78keVX光，Pt吸收邊上激發(fā)俄歇電子攜帶高能量，在10納米左右近鄰釋放能量36同步輻射的醫(yī)學應用第36頁動物試驗——老鼠

Itshowedthatafterayearofthistreatment,threeratsoutof10wereconsideredcured,whereaswithouttreatment,allwouldbedead.

CancerRes.64:2317-2323

37同步輻射的醫(yī)學應用第37頁ESRF醫(yī)學應用束線ESRF－－6.0GeV，1.5T,21極扭擺器心血管造影術人體研究支氣管成像術模型研究多能量CT體外組織乳腺成像術體外組織光激活輻射治療動物研究衍射增強成像動物研究38同步輻射的醫(yī)學應用第38頁8所大學和研究機構，三條束線全方面開展醫(yī)學應用成像相關研究39同步輻射的醫(yī)學應用第39頁擬開展研究方面SPring-8－－8.0GeV：彎鐵、扭擺器、波蕩器心血管造影術計劃微心血管造影術動物研究支氣管成像術計劃多能量CT計劃熒光CT計劃散射CT計劃相位增強成像動物研究乳腺成像術計劃輻射治療計劃衍射增強成像計劃40同步輻射的醫(yī)學應用第40頁常規(guī)X射線影像動脈注入Ba造影劑SR影像：24微米6微米41同步輻射的醫(yī)學應用第41頁同時輻射醫(yī)學應用前景心血管造影術－－期待突破三個地方－已經(jīng)完成人體試驗DESY－技術封存，等候投資沒有非同時輻射不可原因？輻射治療－－競爭十分激烈常規(guī)、加速器成像診療方面－－面臨突破相位襯度技術：不足衍射增強成像：一枝獨秀42同步輻射的醫(yī)學應用第42頁干涉法相位技術復雜尺寸限制衍射增強相位梯度相對簡單圖像直觀類同軸相位二階簡單圖像復雜三種相位襯度成像方法43同步輻射的醫(yī)學應用第43頁我們能夠做什么？BSRF－－醫(yī)學研究（切片、小動物）類同軸成像DEIDEI-CT人體診療先導研究極高空間分辨率追求——細