同步辐射X射线成像及应用

目录：•同步辐射X射线相衬成像•同步辐射双色减影成像•上海光源的X射线成像及其医学应用线站相比常规的x射线光源，同步辐射光源具有：•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光源的优势：同步辐射X射线相衬成像1896年2月8日，X射线在美国首次用于临床诊断1895年11月8日（星期五），伦琴给他妻子Bertha拍的左手透视片，手上戴有戒指第一张X射线成象照片吸收反衬传统的X射线成象系统都是基于样品不同部位对X射线吸收不同进行的，即所谓的吸收反衬成象。从1895年伦琴发现X射线开始，该方法在众多领域特别是临床医学领域获得了巨大的成功。然而，受原理的限制它很难对密度相差不大的轻元素材料、生物软组织如血管、肿瘤等成清晰象。衬度产生机理吸收反衬样品的厚度或密度元素的吸收X射线透射成象机理：样品改变了入射光场的分布，探测器接收的光强分布包含了样品内部结构信息X射线相衬成象X-rayphasecontrastimaging(XPCI)就是利用X射线透过样品后携带的位相信息对样品内部结构成清晰象，它克服传统成象方法的不足，是一种全新的成象方法，也是目前X射线应用领域的研究热点，国际上大多数的同步辐射装置都有光束线开展相衬成象研究。RealTimeUltraHighResolutionRadiologyonLiveSpecimens另一特点——活样品的高分辨率实时成象硬X射线相衬成象对光源的要求空间相干性：原则上应大于待分辨细节的最大尺寸，不要求整个照明范围全空间相干对平行光空间相干长度：ls=2l/a时间相干性：根据OTF分析，Dl~l0不会造成对比度过分降低，一般取Dl-l0/4。分辨率越高要求时间相干性越好合适的光源同步辐射或微聚焦X射线管普通X射线源无法满足要求，必须具备较高的相干性衍射增强成像(DEI)Humanbreastcancerspecimen.Specimenimagedinvitrowithconventionalabsorption(top)anddiffraction-enhancedtechniques(bottom).ESRFConventionalimagePeakofanalyzerimageApparentrefractionimageattheSYRMEPbeamlineatELETTRAHumanFingerMouseheartradiographMouseheartapparentabsorptionimageMouseheartapparentrefractionimageattheSYRMEPbeamlineatELETTRAMouselungsradiographMouselungspeakofreflectionimageMouselungsapparentrefractionimageattheSYRMEPbeamlineatELETTRA无造影剂血管造影术?300µm蜜蜂微血管材料力学ForceForceX-raysOriginallineofdetectDevelopedlineofdetect电化学反应过程成象250µmélectrodeCuivreZincZinc200μm金属材料的元素扩散过程成象Al11ZngalliumgalliumDiffusiondegalliumfissuration聚合物材料内部结构研究——颗粒边界PP相衬CT--昆虫相衬CT--锌铝合金内部结构注意观察其中内含物同步辐射X射线医学应用－双色减影成像•I造影——K吸收边（33.17KeV）吸收强度是骨、肉吸收的10000倍•E1吸收边低端•E2吸收边高端•Gd造影——K吸收边（50.24KeV）Figure1.(a)IntravenoussynchrotronangiogramofthefirstpatientattheESRFtakeninaleftanterioroblique(LAO)projection.TheimageshowsthesecondsegmentC2withastentandthecrux.RCA:rightcoronaryartery.(b)Conventionalselectivecoronaryangiographyofthesamepatient,intheLAOorientation,performedthesamedayatthecardiologicalunitofthehospitalafterarterialcatheterization.Phys.Med.Biol.45(2000)L39–L43.“FirsthumantransvenouscoronaryangiographyattheESRF”(a)(b)常规造影Fig.3.ApictureofahumanheartobtainedwithsubtractioncoronaryangiographyatHASYLABatDESYshowingclearlytherightcoronaryartery(RCA)afteranintravenousinjectionofthecontrastagent.Fig.4.FirstexperimentsfortransvenouscoronaryangiographyatthemedicalbeamlineattheESRF:shownistheheartofapigafteranintravenousinjectionofthecontrastagent.NIMA454(2000)Fig.2.(a)Intravenousangiogramofa72-year-oldmaleinLAO30projection.Target:RCAwithstent,diagnosis:twoinsignificantstenosesproximalanddistaltothestent.(b)Intravenousangiogramofa72-yearoldfemalewithpacemakerinRAO45projection.Target:ACVBtoLAD,diagnosis:ACVBpatient,LADproximaloccluded.(a)(b)InternationalCongressSeries1230(2001)