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

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
活体诊断
高强度、宽能谱 高度准直
体外检测

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。
可能的发展——建造一个超导Wiggler
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 生物学效应的研究
微束辐射治疗

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

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
SR影像：24微米

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。
梳状光束、交叉照射：
20-50微米宽、间隔75-200微米 高度几毫米
常规方法
X刀、刀、调强 适形放疗术
SR的优势
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 X光透视，~1 cm <1 cm，提高患 者五年生存率。 气管成像术 衍射增强成像技 Mammography <1 cm，早发现。 术—乳癌 ~1 cm
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
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。
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
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
同步辐射肺部支气管成像术—肺癌
加速器X光源 小型加速器韧致辐射光源

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。
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
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
早期诊断+适当治疗：有效延长患者寿命达20年
ELETRRA. Italy
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。
NSLS,APS
同步辐射微束放射治疗
尽早发现心脏冠状动脉狭窄
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
果蝇的复眼
ESRF
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

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
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
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
多能量CT
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
拟开展的研究方面
6微米
常规X射线影像 动脉注入Ba造影剂
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
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
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
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

死亡率约0.1—0.2%，并发后遗症约1.5—3%
第二杀手

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。
战胜癌症
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！
极高的光通量 波长可调谐 高度准直 多种实验手段

SR作为检测手段
SR介入实际治疗
同步辐射技术的优势
方法
同步辐射微束治 疗
NIKOS-II
NIKOS-II
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 空间分辨率 读出时间 动力学范围 150mm 0.4mm 0.8msec 380000:1
日本光子工厂采用的动态造影术
现状
NSLS/BNL
1996年底完成了22个人体心血管造影研究