论文标题：Application of Synchrotron Radiation in Fundamental Research and Clinical Medicine

论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9059/13/6/1419

期刊名：Biomedicines

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biomedicines

1. 文章导读

同步辐射光源凭借其高强度、优异的单色性、相干性和准直性，在材料科学、生物医学等诸多领域获得了巨大成功。近年来，同步辐射大设施的建设极大地加速了医学应用的发展，特别是在医学成像和放射治疗的技术创新。近期，中山大学谢明远博士、孙冬柏教授团队在 Biomedicines 期刊发表了综述文章。本文系统概述了同步辐射光束线的特性、成像和放疗领域的最新突破，尤其在心脏、乳腺、肺、骨骼和大脑疾病诊疗中的新兴应用。

图1 同步辐射在医学成像中的常见应用

2. 核心内容

同步辐射医学成像的突破

传统X射线计算机断层扫描（CT）在疾病诊断中广泛应用，但传统光源产生的X射线受限于光谱过宽和强度不足。同步辐射X射线成像则具有无可比拟的优势，目前在多个领域的临床与临床前试验中成果显著。

（1）心血管成像：结合K边缘减影（KES）技术，只需极少量的造影剂（如碘）和较低辐射剂量即可生成高分辨率的心血管网络图像，大大降低了患者在成像过程中的不适和辐射损伤。

图2 同步辐射X射线血管造影的实现高分辨率成像、减少辐射暴露

（2）肺部疾病高分辨成像：基于组织折射率差异的相衬成像（PCI）技术为探索肺微结构及功能变化（如通气分布）提供了全新手段，是早期肺癌检测与干预的极佳成像工具。

图3. 同步辐射X射线成像可实现肺微结构和功能的可视化

（3）乳腺癌早期筛查：同步辐射X射线相衬成像大幅提高了乳腺异常组织和腺体结构的可见度，同时降低了常规检查中的假阳性率。

图4 同步辐射X射线成像提高乳腺癌的诊断精度

（4）骨骼与软骨成像：衍射增强成像（DEI）技术能够以较低剂量精准呈现复杂的骨层次结构，同时使骨小梁和软骨结构清晰可见，有望应用于退行性疾病引发的关节炎早期识别。

图5 同步辐射X射线微CT实现骨样本微结构的定性和定量分析

同步辐射在精准放疗中的潜力

放射治疗的根本目标是向局部肿瘤靶向输送高剂量辐射，同时最大程度保护周围正常组织。同步辐射光源的优异性能在此领域催生了两项具有变革性的新兴技术：

• 微束放射治疗 (MRT)：利用同步辐射产生的高强度、空间交替分布的微米级X射线束。与传统放疗相比，MRT具有更强的肿瘤血管破坏作用，能够有效促进免疫细胞向肿瘤部位的浸润，从而达到更佳的肿瘤消融和生长抑制效果。

• 同步辐射立体定向放疗 (SSRT)：该技术利用肿瘤对高重元素含量药物的局部吸收特性，结合中低能X射线的立体定向照射，使辐射剂量仅在肿瘤内部增强。目前，法国格勒诺布尔大学医院等机构已在脑肿瘤等难治性癌症的应用中观察到了极高的临床潜力。

3. 总结与展望

同步辐射光源大设施在生物医学成像和放射治疗中正发挥着越来越重要的作用。其生成的高度单色且能量可调的X射线，在最大限度减少辐射暴露的同时实现了极佳的诊断图像质量。通过减少射束硬化伪影和避免造影剂过量，基于同步辐射的成像技术正逐步确立为早期肿瘤检测和复杂疾病诊断的“黄金标准”。同时，机器学习等图像处理技术的介入，将进一步增强海量医疗数据的分析效能。而基于同步辐射的放疗技术目前仍处于动物模型或临床前阶段，但这些技术凭借前所未有的精准度，有望重新定义临床影像诊断和肿瘤治疗策略，为克服耐药性癌症及改善患者预后开辟全新的路径。

Biomedicines 期刊介绍

主编： Felipe Fregni, Harvard Medical School, USA

期刊主题涵盖人类健康和疾病的所有方面，如疾病的发病机制、转化医学、纳米医学、临床研究、基因疗法、细胞疗法、靶向治疗、生物制品、生物医学研究中的生物材料、天然生物活性分子、疫苗、靶向特异性抗体、重组治疗蛋白、生物成像、生物传感器、生物标志物、生物仿制药和纳米生物仿制药等。目前期刊已被 SCIE、Scopus、PubMed 和 OAJ 等数据库收录。

2024 Impact Factor：3.9 (Q1)

2024 CiteScore：6.8 (Q1)

Time to First Decision：21 Days

Acceptance to Publication：2.8 Days