同步辐射医学的应用.ppt

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 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 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 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0.1—0.2%，并发后遗症约1.5—3% 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。 早期诊断是关键！看到并确认病变的性质！ 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——？ 极高的光通量 波长可调谐 高度准直 多种实验手段 同步辐射技术的优势 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。 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。 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。 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 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 ESRF医学应用束线 ESRF医学应用 病人座椅 探测器 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 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 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 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。 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。 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 动物实验——老鼠 ESRF的医学应用束线 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 拟开展的研究方面 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 同步辐射医学应用的前景 心血管造影术－－期待突破 三个