同步輻射X射線成像及應(yīng)用

1、目 錄： 同步輻射X射線相襯成像 同步輻射雙色減影成像 上海光源的X射線成像及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用線站 相比常規(guī)的相比常規(guī)的x射線射線光源，同步輻射光光源，同步輻射光源具有：源具有： 極高的光通量極高的光通量 波長可調(diào)諧波長可調(diào)諧 高度準(zhǔn)直高度準(zhǔn)直 多種實驗手段多種實驗手段同步輻射光源的優(yōu)勢：同步輻射X射線相襯成像1896年年2月月8日，日，X射線在美國首次用于臨床診斷射線在美國首次用于臨床診斷1895年11月8日（星期五），倫琴給他妻子Bertha拍的左手透視片，手上戴有戒指第一張X射線成象照片吸收反襯吸收反襯傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的X射線成象系統(tǒng)都是基于樣品不同射線成象系統(tǒng)都是基于樣品不同部位對部位對X射線吸收

2、不同進(jìn)行的，即所謂的射線吸收不同進(jìn)行的，即所謂的吸收反襯成象。吸收反襯成象。從從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線開始，該方法在射線開始，該方法在眾多領(lǐng)域特別是臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了巨大眾多領(lǐng)域特別是臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了巨大的成功。的成功。然而，然而，受原理的限制它很難對密度相差不受原理的限制它很難對密度相差不大的輕元素材料、生物軟組織大的輕元素材料、生物軟組織如血管、腫如血管、腫瘤瘤等成清晰象。等成清晰象。襯度產(chǎn)生機(jī)理襯度產(chǎn)生機(jī)理n吸收反襯吸收反襯u樣品的厚度或密度樣品的厚度或密度u元素的吸收元素的吸收X X射線透射成象機(jī)理：樣品改變了入射光場的分布，探測器接收的光強(qiáng)分布包含了樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息X射

3、線相襯成象射線相襯成象X-ray phase contrast imaging (XPCI)就是利用就是利用X射線透過樣品后攜帶的位相信息對射線透過樣品后攜帶的位相信息對樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)成清晰象，樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)成清晰象，它克服傳統(tǒng)成象方法它克服傳統(tǒng)成象方法的不足，是一種全新的成象方法，的不足，是一種全新的成象方法，也是目前也是目前X射線應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點，國際上大多數(shù)的同射線應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點，國際上大多數(shù)的同步輻射裝置都有光束線開展相襯成象研究。步輻射裝置都有光束線開展相襯成象研究。Real Time Ultra High Resolution Radiology on Live Specimen

4、s另一特點另一特點活樣品的高分辨率實時成象活樣品的高分辨率實時成象硬硬X射線相襯成象對光源的要求射線相襯成象對光源的要求空間相干性：空間相干性： 原則上應(yīng)大于待分辨細(xì)節(jié)的最大尺寸，不要求整個照明范圍全空間相干 對平行光空間相干長度：ls=2l/a時間相干性：時間相干性： 根據(jù)OTF分析，Dll0不會造成對比度過分降低，一般取Dl-l0/4。分辨率越高要求時間相干性越好合適的光源合適的光源 同步輻射同步輻射 或 微聚焦微聚焦X射線管射線管普通普通X射線源無法滿足要求，必須具備較高的相干性射線源無法滿足要求，必須具備較高的相干性衍射增強(qiáng)成像(DEI)Human breast cancer spec

5、imen.Specimen imaged in vitro with conventional absorption (top) and diffraction-enhanced techniques (bottom).ESRFConventional image Peak of analyzer image Apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA Human Finger Mouse heart radiograph Mouse heart apparent absorption image Mouse hear

6、t apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA Mouse lungs radiograph Mouse lungs peak of reflection image Mouse lungs apparent refraction image at the SYRMEP beamline at ELETTRA 無造影劑血管造影術(shù)無造影劑血管造影術(shù)?300m蜜蜂微血管蜜蜂微血管材料力學(xué)材料力學(xué)ForceForceX-raysOriginal line of detectDeveloped line of detect電化

7、學(xué)反應(yīng)過程成象電化學(xué)反應(yīng)過程成象250 mlectrodeCuivreZincZinc200 m金屬材料的元素擴(kuò)散過程成象金屬材料的元素擴(kuò)散過程成象Al11ZngalliumgalliumDiffusion de galliumfissuration聚合物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究聚合物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究顆粒邊界顆粒邊界PP相襯相襯CTCT- 昆蟲相襯相襯CTCT-鋅鋁合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)注意觀察其中內(nèi)含物 同步輻射X射線醫(yī)學(xué)應(yīng)用雙色減影成像 I造影造影 K吸收邊吸收邊 （33.17KeV） 吸收強(qiáng)度是骨、肉吸收的吸收強(qiáng)度是骨、肉吸收的10000倍倍 E1吸收邊低端吸收邊低端 E2吸收邊高端吸收邊高端 Gd造影造

8、影 K吸收邊吸收邊 （50.24KeV）Figure 1. (a) Intravenous synchrotron angiogram of the first patient at the ESRF taken in a left anterior oblique (LAO) projection. The image shows the second segment C2 with a stent and the crux. RCA: right coronary artery. (b) Conventional selective coronary angiography of the

9、same patient, in the LAO orientation, performed the same day at the cardiological unit of the hospital after arterial catheterization.Phys. Med. Biol. 45 (2000) L39L43.“First human transvenous coronary angiography at the ESRF”(a)(b)常規(guī)造影常規(guī)造影Fig. 3. A picture of a human heart obtained with subtraction

10、 coronary angiography at HASYLAB at DESY showing clearly the right coronary artery (RCA) after an intravenous injection of the contrast agent.Fig. 4. First experiments for transvenous coronary angiography at the medical beamline at the ESRF: shown is the heart of a pig after an intravenous injection of the contrast agent.NIMA 454 (2000)Fig. 2. (a) Intravenous angiogram of a 72-year-old male in LAO 30 projection. Target: RCA with stent, diagnosis: two insignificant stenoses proximal and distal to the stent. (b) Intravenous angiogram of a