同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用專家講座

人類健康問題同時(shí)輻射優(yōu)勢(shì)和能力同時(shí)輻射醫(yī)學(xué)應(yīng)用同時(shí)輻射醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景1同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第1頁(yè)科學(xué)院定位國(guó)家需求＋科學(xué)前沿國(guó)家需求安全問題：領(lǐng)土、網(wǎng)絡(luò)、糧食能源問題：新能源、節(jié)能技術(shù)新材料：納米、毒理環(huán)境問題：修復(fù)、保持健康問題：新診療、治療伎倆2同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第2頁(yè)人口與健康問題健康是人最大財(cái)富“以人為本，全方面、協(xié)調(diào)地可連續(xù)發(fā)展?！眰魅拘约膊三大伎倆——化學(xué)、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(xué)應(yīng)用第3頁(yè)心、腦血管疾病生活水平提升，食物結(jié)構(gòu)改變；人均壽命延長(zhǎng)；吸煙！每年奪走1200萬(wàn)人生命，1／4。診療“金標(biāo)準(zhǔn)”——選擇性冠狀動(dòng)脈X光造影術(shù)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(xué)應(yīng)用第4頁(yè)癌癥／惡性腫瘤人口老齡化；生活方式城市化；工業(yè)化進(jìn)程——空氣污染吸煙！肺癌為我國(guó)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(shì)、動(dòng)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(xué)應(yīng)用第5頁(yè)腫瘤生長(zhǎng)三個(gè)時(shí)期：無(wú)血管期或稱為血管前期，此時(shí)腫瘤細(xì)胞主要靠彌散取得營(yíng)養(yǎng)，生長(zhǎng)遲緩；血管期也稱為血管浸潤(rùn)性生長(zhǎng)久，此時(shí)腫瘤組織有新血管形成，這些血管不停為腫瘤組織提供營(yíng)養(yǎng)和排除代謝產(chǎn)物，使腫瘤得以快速增加；轉(zhuǎn)移期，

當(dāng)腫瘤生長(zhǎng)到一定程度就向周圍組織侵襲及發(fā)生轉(zhuǎn)移——擴(kuò)散。

6同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第6頁(yè)7同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第7頁(yè)健康生活方式預(yù)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(shí)未晚晚期——？早期診療是關(guān)鍵！

看到并確認(rèn)病變性質(zhì)！戰(zhàn)勝癌癥8同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第8頁(yè)極高光通量波長(zhǎng)可調(diào)諧高度準(zhǔn)直各種試驗(yàn)伎倆SR作為檢測(cè)伎倆SR介入實(shí)際治療9同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第9頁(yè)同時(shí)輻射技術(shù)優(yōu)勢(shì)方法常規(guī)方法SR優(yōu)勢(shì)同時(shí)輻射微束治療X刀、刀、調(diào)強(qiáng)適形放療術(shù)深入減小輻照損傷——腦瘤同時(shí)輻射心血管造影術(shù)選擇性冠狀動(dòng)脈X光造影術(shù)安全、無(wú)并發(fā)后遺癥同時(shí)輻射肺部支氣管成像術(shù)X光透視，~1cm<1cm，提升患者五年生存率。衍射增強(qiáng)成像技術(shù)—乳癌Mammography~1cm<1cm，早發(fā)覺。10同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第10頁(yè)活體診療

高強(qiáng)度、寬能譜

高度準(zhǔn)直體外檢測(cè)11同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第11頁(yè)自從1894年倫琴發(fā)覺X射線，X射線透視和成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)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(jìn)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(shù)、乳腺腫瘤成像術(shù)、選擇性心血管造影術(shù)等等，為人類健康作出了主動(dòng)貢獻(xiàn)。

12同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第12頁(yè)

同時(shí)輻射高通量和亮度、可調(diào)諧、時(shí)間結(jié)構(gòu)和偏振性為醫(yī)學(xué)科學(xué)許多應(yīng)用提供一個(gè)理想光源。

1976年底美國(guó)斯坦福大學(xué)就提出并于1979年在SSRL開啟了同時(shí)輻射人體心血管造影計(jì)劃。隨即許多國(guó)家相繼開始了以心血管造影術(shù)為主同時(shí)輻射醫(yī)學(xué)應(yīng)用計(jì)劃。近年來(lái)，在法國(guó)歐洲同時(shí)輻射裝置（ESRF）和日本SPring-8光源分別提出了龐大醫(yī)學(xué)應(yīng)用計(jì)劃。

13同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第13頁(yè)人體組織試驗(yàn)室檢測(cè)病毒結(jié)構(gòu)測(cè)定已經(jīng)測(cè)定了人體感冒病毒、愛滋病病毒等主要病毒結(jié)構(gòu)；各種人體組織顯微成像研究；輻射細(xì)胞生物學(xué)等。14同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第14頁(yè)活體檢測(cè)、診療及治療觀察冠狀動(dòng)脈狹窄靜脈注射心血管造影術(shù)；觀察大腦和頸部腫瘤單色光計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)觀察早期肺癌肺部支氣管成像術(shù)觀察早期乳房腫瘤胸部成像術(shù)副作用極小同時(shí)輻射微束放射治療光激活治療15同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第15頁(yè)人體研究人體研究動(dòng)物研究動(dòng)物研究體外組織16同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第16頁(yè)盡早發(fā)覺心臟冠狀動(dòng)脈狹窄17同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第17頁(yè)同時(shí)輻射心血管造影術(shù)原理安全、無(wú)痛苦——非侵入性靜脈注射造影劑在碘K吸收邊(33.17keV)兩側(cè)碘原子質(zhì)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(duì)注射了碘造影劑心臟透視成像雙色減影術(shù)18同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第18頁(yè)NIKOS-II19同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第19頁(yè)NIKOS-II20同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第20頁(yè)ESRF醫(yī)學(xué)應(yīng)用束線21同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第21頁(yè)ESRF醫(yī)學(xué)應(yīng)用

病人座椅探測(cè)器22同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第22頁(yè)線列探測(cè)器電子學(xué)基本參數(shù)有效長(zhǎng)度 150mm空間分辨率 0.4mm讀出時(shí)間 0.8msec 動(dòng)力學(xué)范圍 380000:1 23同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第23頁(yè)日本光子工廠采取動(dòng)態(tài)造影術(shù)24同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第24頁(yè)現(xiàn)實(shí)狀況NSLS/BNL1996年底完成了22個(gè)人體心血管造影研究

HASYLAB/DESY1997年底已完成276個(gè)病人測(cè)量

完成研究，技術(shù)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(xué)應(yīng)用第25頁(yè)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(xué)應(yīng)用第26頁(yè)同時(shí)輻射肺部支氣管成像術(shù)—肺癌實(shí)施方案與同時(shí)輻射心血管造影術(shù)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(jìn)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(xué)應(yīng)用第27頁(yè)大腦、頸部成像，發(fā)覺早期腫瘤目標(biāo)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(xué)應(yīng)用第28頁(yè)29同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第29頁(yè)30同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第30頁(yè)早期診療+適當(dāng)治療：有效延長(zhǎng)患者壽命達(dá)20年ELETRRA.Italy31同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第31頁(yè)乳癌早期診療技術(shù)衍射增強(qiáng)成像技術(shù)—乳癌分析晶體單色器對(duì)來(lái)自樣品吸收和折射射信號(hào)進(jìn)行分別成像；對(duì)樣品產(chǎn)生折射效應(yīng)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(xué)應(yīng)用第32頁(yè)NSLS,APS33同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第33頁(yè)同時(shí)輻射微束放射治療同時(shí)輻射高度準(zhǔn)直性大小約10微米、間隔約100微米許多微線條或微點(diǎn)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(huì)被附近健康組織快速修復(fù)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(xué)應(yīng)用第34頁(yè)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(fù)眼35同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第35頁(yè)光激活治療方法常規(guī)伎倆對(duì)嚴(yán)重神經(jīng)膠質(zhì)瘤效果很差很低長(zhǎng)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(xué)應(yīng)用第36頁(yè)動(dòng)物試驗(yàn)——老鼠

Itshowedthatafterayearofthistreatment,threeratsoutof10wereconsideredcured,whereaswithouttreatment,allwouldbedead.

CancerRes.64:2317-2323

37同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第37頁(yè)ESRF醫(yī)學(xué)應(yīng)用束線ESRF－－6.0GeV，1.5T,21極扭擺器心血管造影術(shù)人體研究支氣管成像術(shù)模型研究多能量CT體外組織乳腺成像術(shù)體外組織光激活輻射治療動(dòng)物研究衍射增強(qiáng)成像動(dòng)物研究38同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第38頁(yè)8所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，三條束線全方面開展醫(yī)學(xué)應(yīng)用成像相關(guān)研究39同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第39頁(yè)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(shù)計(jì)劃微心血管造影術(shù)動(dòng)物研究支氣管成像術(shù)計(jì)劃多能量CT計(jì)劃熒光CT計(jì)劃散射CT計(jì)劃相位增強(qiáng)成像動(dòng)物研究乳腺成像術(shù)計(jì)劃輻射治療計(jì)劃衍射增強(qiáng)成像計(jì)劃40同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第40頁(yè)常規(guī)X射線影像動(dòng)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(xué)應(yīng)用第41頁(yè)同時(shí)輻射醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景心血管造影術(shù)－－期待突破三個(gè)地方－已經(jīng)完成人體試驗(yàn)DESY－技術(shù)封存，等候投資沒有非同時(shí)輻射不可原因？輻射治療－－競(jìng)爭(zhēng)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(shù)：不足衍射增強(qiáng)成像：一枝獨(dú)秀42同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第42頁(yè)干涉法相位技術(shù)復(fù)雜尺寸限制衍射增強(qiáng)相位梯度相對(duì)簡(jiǎn)單圖像直觀類同軸相位二階簡(jiǎn)單圖像復(fù)雜三種相位襯度成像方法43同步輻射的醫(yī)學(xué)應(yīng)用第43頁(yè)我們能夠做什么？BSRF－－醫(yī)學(xué)研究（切片、小動(dòng)物）類同軸成像DEIDEI-CT人體診療先導(dǎo)研究極高空間分辨率追求——細(xì)