J.B. Pełka: Promieniowanie synchrotronowe w biologii i medycynie /Synchrotron Radiation in Natural Science Vol. 6, No. 1-2 (2007)Tabela 3. Synchrotrony o energii wiązki powyżej 2.3 GeV i zbudowane przy nich wiązki przeznaczone do badań w dziedziniemedycyny i biologii. Wyjaśnienia w tekście.aW kolumnie 11 w przypadku undulatora podano zamiast energii krytycznej energię fotonów I harmonicznej. b Typy źródeł: BM– magnes zakrzywiający, W – wiggler, SCW- wiggler nadprzewodzący, U – undulator. c Stan obecny: O – pracuje, P – projekt, C– w fazie budowy. d w przypadku nowych synchrotronów druga data oznacza planowany rok pełnego rozruchu.
J.B. Pełka: Promieniowanie synchrotronowe w biologii i medycynie /Synchrotron Radiation in Natural Science Vol. 6, No. 1-2 (2007)Tabela 4. Rozwinięcia akronimów ważniejszych metod biomedycznejradiologii synchrotronowej i terminów synchrotronowych.CTμCTMRTPATKESMIRCAIPCIUSAXSSAXSWAXSBMWSCWUComputer Tomography,micro CTMicrobeam RadioTherapyPhoton Activated TherapyK-edge Subtration = DichromographyMultiple Image RadiographyConventional Absorption ImagingPhase Contrast ImagingUltra Small Angle X-ray ScatteringSmall Angle X-ray ScatteringWide Angle X-ray ScatteringBending MagnetWigglerSuperConducting WigglerUndulatornia się i są trudne do usunięcia za pomocą konwencjonalnychterapii onkologicznych takich jak neurochirurgia czyradioterapia. Powodem jest fakt, iż terapie te powodująz reguły zniszczenia także zdrowej tkanki mózgowej czegoskutkiem mogą być trwałe uszkodzenia funkcji mózgu.Oczekuje się, że zastosowanie promieniowania synchrotronowegopozwoli opracować metody diagnostyki guzówmózgu analogicznie, jak w przypadku nowotworów sutka[13].Drugą kategorię stanowią zastosowania diagnostyczne.Ich celem jest precyzyjne rozpoznawanie stanów patologicznych.Należą tu wszelkie metody obrazowania – zarówno„klasyczne” oparte na kontraście absorpcyjnym, jaki nowe techniki, specyficzne dla źródeł synchrotronowych,które wykorzystują zasady kontrastu fazowego. W diagnostyceprzydatne są także techniki wykorzystujące fotonyz innych obszarów widma, jak np. promieniowanie podczerwone– zarówno mikroskopia IR (obrazowanie) jaki spektroskopia.Stan chorobowy związany jest ze zmianami w biochemiikomórek lub tkanek, które to zmiany wpływają nastrukturę tych obiektów. Teoretycznie więc, odpowiednioczuła metoda badania molekularnej struktury tkanek powinnapozwolić na wykrycie obecności stanu patologicznego.Założenie to leży u podstaw rozwoju wielu różnychtechnik eksperymentalnych, które mogą dostarczyć informacjio strukturze molekularnej żywych tkanek. Próbujesię stosować m. in. SAXS (Small Angle X-ray Scattering),który pozwala wychwycić subtelne zmiany uporządkowaniamolekuł w strukturach międzykomórkowych (extracellularmatrix). Inną metodą perspektywiczną dla diagnostyki,rozwijaną w ośrodkach synchrotronowych jestspektroskopia w podczerwieni. Na przykład na kanadyjskimźródle synchrotronowym CLS (Saskatoon) prowadzisię prace mające na celu zastosowanie mikrospektroskopiiw zakresie podczerwieni do identyfikacji i lokalizacji komórekguza mózgu. Bada się też zakres stosowalności wymienionychmetod i możliwość ich wykorzystania do celówdiagnostyki klinicznej (np. na synchrotronie ALS wewspółpracy z Uniwersytetem w Monash w Australii).Trzecia kategoria zastosowań promieniowania synchrotronowegow dziedzinie medycyny obejmuje terapię, przedewszystkim onkologiczną. Jako najbardziej obiecującemetody wymienia się tu mikrowiązkową terapię rentgenowską(MRT) oraz terapię aktywowaną fotonami (PAT).Wykazano na zwierzętach, że mikrowiązkowa terapia promieniowaniemsynchrotronowym skutecznie niszczy chorekomórki guza mózgu oszczędzając jednocześnie przyległezdrowe tkanki - normalne komórki mózgu i tkanki łącznej.Pozwala to na uniknięcie nekrozy i zachowanie strukturalneji funkcjonalnej integralności mózgu. Prowadzi sięrównież prace, których celem jest powiązanie informacjidiagnostycznej i terapii. Przykładem jest tu projekt zastosowaniaotrzymanej za pomocą wspomnianej wcześniejsynchrotronowej mikroskopii w podczerwieni z synchrotronowąterapią mikrowiązkową. Metody MRT i PAT zostanądokładniej przedstawione w dalszej części pracy.Czwartą kategorię biomedycznych zastosowań promieniowaniasynchrotronowego tworzą prace mające na celuadaptację udoskonalonych lub nowo opracowanych technikpomiarowych, diagnostycznych i terapeutycznych do specyfikikonwencjonalnej aparatury laboratoryjnej, aby możnabyło z nich korzystać poza synchrotronem.3.1. Obrazowanie z wykorzystaniem kontrastuabsorpcyjnegoFormowanie kontrastu absorpcyjnego jest związane z efektywnymiliczbami atomowymi i z gęstościami elektronowymimateriałów. Liniowe współczynniki absorpcji sąfunkcją tych wielkości, zależą też od energii fotonów. Klasycznelampy rentgenowskie wytwarzają promieniowaniecharakterystyczne razem z promieniowaniem hamowaniao ciągłym rozkładzie widma. Nawet z filtrami absorpcyjnymi,zmniejszającymi wkład promieniowania ciągłegow emitowanej wiązce, kontrast i rozdzielczość obrazu jestobniżona na skutek szeregu efektów, związanych z wielkościąogniska, brakiem spójności źródła, „rozmyciem”współczynników absorpcji po energii, oraz względniedużymi szumami generowanymi wskutek rozproszeń fotonówo „nieodpowiedniej” energii i kierunku. Zastosowaniesynchrotronowego źródła promieniowania, zwłaszczamonochromatycznego, poprawia kontrast i rozdzielczość„klasycznych” metod absorpcyjnych, dzięki jego typowymwłasnościom: dobrej kolimacji wiązki, niewielkim kątowymrozmiarom źródła, częściowej koherencji i możliwościłatwej optymalizacji długości fali.Poprawę kontrastu absorpcyjnego w synchrotronowychmetodach obrazowania uzyskać można przez zastosowaniemonochromatycznej wiązki promieniowania o długości falistarannie dobranej do rodzaju środka cieniującego (znacznika).Jedną z najwcześniej wprowadzonych metod diagnostykisynchrotronowej była angiografia, którą zastosowanoklinicznie m in. na synchrotronach NSLS (Brookhaven),DORIS III (Hamburg) [14] i w KEK (Tsukuba) [15].
Change language