同步輻射x射線成像及應用

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)學應用線站,相比常規(guī)的x射線光源，同步輻射光源具有：極高的光通量波長可調(diào)諧高度準直多種實驗手段,同步輻射光源的優(yōu)勢：,同步輻射X射線相襯成像,1896年2月8日，X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,傳統(tǒng)的X射線成象系統(tǒng)都是

2、基于樣品不同部位對X射線吸收不同進行的，即所謂的吸收反襯成象。從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線開始，該方法在眾多領(lǐng)域特別是臨床醫(yī)學領(lǐng)域獲得了巨大的成功。然而，受原理的限制它很難對密度相差不大的輕元素材料、生物軟組織如血管、腫瘤等成清晰象。,襯度產(chǎn)生機理,吸收反襯樣品的厚度或密度元素的吸收,X射線透射成象機理：樣品改變了入射光場的分布，探測器接收的光強分布包含了樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息,X射線相襯成象X-ray phase contrast

3、imaging (XPCI)就是利用X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，它克服傳統(tǒng)成象方法的不足，是一種全新的成象方法，也是目前X射線應用領(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。,Real Time Ultra High Resolution Radiology on Live Specimens,另一特點——活樣品的高分辨率實時成象,硬X射線相襯成象對光源的要求,空間相干性：

4、 原則上應大于待分辨細節(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： 根據(jù)OTF分析，Dl~l0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 同步輻射 或 微聚焦X射線管,普通X射線源無法滿足要求，必須具備較高的相干性,衍射增強成像(DEI),Human breast

5、 cancer specimen.Specimen imaged in vitro with conventional absorption (top) and diffraction-enhanced techniques (bottom).,ESRF,Conventional image,Peak of analyzer image,Apparent refraction image,at the SYRMEP beamline

6、 at ELETTRA,Human Finger,Mouse heart radiograph,Mouse heart apparent absorption image,Mouse heart apparent refraction image,at the SYRMEP beamline at ELETTRA,Mouse lungs radiograph,Mouse lungs peak of reflection image

7、,Mouse lungs apparent refraction image,at the SYRMEP beamline at ELETTRA,無造影劑血管造影術(shù)?,300µm,,蜜蜂微血管,,,材料力學,,,,,,,,Force,Force,X-rays,,Original line of detect,,Developed line of detect,,,電化學反應過程成象,,250 µm,éle

8、ctrode,,Cuivre,Zinc,Zinc,200 μm,金屬材料的元素擴散過程成象,Al11Zn,gallium,,,gallium,,Diffusion de gallium,,fissuration,,,聚合物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究——顆粒邊界,PP,相襯CT-- 昆蟲,相襯CT--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)學應用－雙色減影成像,,I造影 —— K吸收邊 （33.17KeV

9、） 吸收強度是骨、肉吸收的10000倍 E1吸收邊低端 E2吸收邊高端Gd造影 —— K吸收邊 （50.24KeV）,Figure 1. (a) Intravenous synchrotron angiogram of the first patient at the ESRF taken in a

10、 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 same patient, in the LAO orient

11、ation, performed the same day at the cardiological unit of the hospital after arterial catheterization.,Phys. Med. Biol. 45 (2000) L39–L43.,“First human transvenous coronary angiography at the ESRF”,(a),(b),常規(guī)造影,Fig. 3.

12、A picture of a human heart obtained with subtraction 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

13、 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-

14、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 72-yearold female with pacemaker in RAO 45 projection. Target: