同步辐射的医学应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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，,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,。,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,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,Mammography,1 cm,1,cm,，早,发现。,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,6.5,cm,2,/g,和,37.0,cm,2,/g,，,相差,5.7,倍；,而骨、肌肉和脂肪的吸收系数几乎相等,。,E,1,、,E,2,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,150,mm,空间分辨率,0.4,mm,读出时间,0.8,msec,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,O,2,气）,；,选择光子能量在,Xe,的,K,吸收边（,34.56,keV,）,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,78,keV,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,It showed that after a year of this treatment,three rats out of 10 were considered cured,whereas without treatment,all would be dead.,Cancer Res.2004 64:2317-2323,37,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,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,-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,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,