2004年（平成16年）、ギリシャのアテネで開かれたアテネパラリンピックでは3種目に出場した。9月19日に開催された10000メートル競走では34分36秒69の日本新記録で4位入賞、伴走者は中田崇志であった。9月24日の5000メートル競走では右のアキレス腱を痛めて1000メートル地点で棄権した（伴走者は神原淳一）。そして、9月26日のフルマラソンでは2時間44分24秒のタイムで優勝、伴走者は神原淳一と中田崇志であった。レースはポルトガルのカルロス・フェレイラとの一騎討ちとなったが、アテネオリンピック女子マラソンで野口みずきが仕掛けた25キロメートル付近でピッチを上げ、その後は独走状態となった。この快挙に対し、「横手市民栄誉賞」（10月2日）、横手市体育協会表彰（10月2日）、株式会社アイ・ティ・フロンティア社長より「特別社長賞」（10月18日）、東京都北区長表彰（10月22日）、厚生労働大臣表彰（10月27日）、天皇より「銀杯」授与（10月27日）、内閣総理大臣表彰（10月27日）、秋田県社会福祉協議会表彰（10月27日）、東京都知事表彰（10月29日）、東京都障害者スポーツ協会表彰（10月29日）、東京都中央区長表彰（10月31日）、東京都中央区体育協会表彰（10月31日）、「秋田県県民栄誉章」（11月2日）が贈られた。また、11月2日には、出身中学校である横手市立横手西中学校で「アテネパラリンピック金メダル報告会」を開催している。
天然痘が強い免疫性を持つことは、近代医学の成立以前から経験的に古くから知られ、紀元前1000年頃には、インドで人痘法が実践され、天然痘患者の膿を健康人に接種し、軽度の発症を起こさせて免疫を得る方法が行なわれていた。この場合、膿を乾燥させてある程度弱毒化させたのちに行われることが普通であった。この人痘法は18世紀前半にイギリス、次いでアメリカ合衆国にももたらされ、天然痘の予防に大いに役だった。しかし、軽度とはいえ実際に天然痘に感染させるため、時には治らずに命を落とす例もあった。統計では、予防接種を受けた者の内、2パーセントほどが死亡しており、安全性に問題があった。18世紀半ば以降、ウシの病気である牛痘（人間も罹患するが、瘢痕も残らず軽度で済む）にかかった者は天然痘に罹患しないことがわかってきた。その事実に注目し、研究したエドワード・ジェンナー (Edward Jenner) が1796年、8歳の少年に牛痘の膿を接種させた後に天然痘の膿を接種させ、発病しないことを突き止めた。（なお、ジェンナーが「我が子に接種」して効果を実証したとする逸話があるが、実際にはジェンナーの使用人の子に接種した。）これによって人類初のワクチンである天然痘ワクチンが開発され、この牛痘接種（種痘）によって天然痘を予防する道が開かれた。この方法をジェンナーは論文にして王立協会に送付したものの無視されたため、1798年に『牛痘の原因と効果についての研究』を刊行し、種痘法を広く公表した。医学界の一部からの反対は根強く残ったものの、牛痘の接種はそれまでの天然痘の直接接種に比べはるかに安全性が高いうえ効果も劣るものではなかったため、この方法はイギリスのみならずヨーロッパに瞬く間に広まり、以後この方法が主流となった。この伝播は急速なもので、ジェンナーの論文は発行翌年の1799年にはウィーンでラテン語に、ハノーファーでドイツ語に翻訳され、翌1800年にはフランス語とイタリア語、1801年にはオランダ語とスペイン語、1803年にはポルトガル語に翻訳された。痘苗もほぼ同時に各国に到達し、1800年にはフランスやドイツ諸邦、スペイン、そしてアメリカで、1801年にはロシア、オランダ、デンマーク、スウェーデンで種痘が開始された。1805年にはナポレオンが、全軍[種痘を命じた。さらにスペインは1802年に遠隔地のスペイン領に痘苗をもたらす航海計画を実施し、これによってラテンアメリカやフィリピンなど多くの地域に痘苗がもたらされた。安全性の高く確実な予防方法が確立したことで、それ以降は天然痘の流行は徐々に消失していった。また、この種痘の開発はワクチンおよび予防接種という疫病への強力な対抗手段を人類にもたらすきっかけとなった。普及した種痘であったが、この時期の痘苗は人間の腕から腕へと接種する方式であり、痘苗が絶える危険性や、接種の際に別の伝染病に感染する危険性もあるものだった。これを避けるために、1840年にはナポリで子牛によって痘苗を生産する方式が開発され、1864年にフランスに伝えられたのをきっかけに世界各国へと広まっていったことで、種痘の安全性は大幅に改善された。日本の医学会では有名な話として日本人医師による種痘成功の記録がある。現在の福岡県にあった秋月藩の藩医である緒方春朔が、ジェンナーの牛痘法成功に遡ること6年前の寛政4年（1792年）に秋月の庄屋・天野甚左衛門の子供たちに人痘種痘法を施し成功させている。福岡県の甘木朝倉医師会病院にはその功績を讃え、緒方春朔と天野甚左衛門、そして子供たちが描かれた種痘シーンの石碑が置かれている。日本で初めて牛痘法が行われるのは文化7年（1810年）のことで、ロシアに拉致されていた中川五郎治が帰国後に田中正右偉門の娘イクに施したのが最初である。しかし、中川五郎治は牛痘法を秘密にしたために広く普及することはなく、3年後の文化10年（1813年）にロシアから帰還した久蔵が種痘苗を持ち帰り、広島藩主浅野斉賢にその効果を進言しているが、全く信じてもらえなかった。その後、1823年に出島にやってきたフィリップ・フランツ・フォン・シーボルトが牛痘法の知識を伝えたものの、種痘苗が手に入らず知識の伝達にとどまった。その後、日本で本格的に牛痘法が普及するのは嘉永2年（1849年）に佐賀藩の依頼によって出島のドイツ人医師であるオットー・ゴットリープ・モーニッケがワクチンを輸入し、佐賀藩医の楢林宗建の息子に接種してからである。それまでも何度か種痘苗の輸入は試みられていたが、ヨーロッパから直接輸入を試みていたために輸送途中で種痘苗が効力を失ってしまっていた。しかしモーニッケは既に種痘が普及していて日本からほど近いオランダ領インドネシアのバタヴィアから種痘苗を輸入したため、移入に成功した。いったん種痘苗が移入されると、蘭学医の間で種痘苗が融通され、種痘は瞬く間に広がっていった。大阪・適塾の緒方洪庵は、治療費を取らず牛痘法の実験台になることを患者に頼み、私財を投じて牛痘法の普及活動を行った。1857年にはアイヌの間の天然痘流行を阻止するため、箱館奉行の村垣範正が幕府に種痘の出来る医師の派遣を要請し、桑田立斎らが派遣されて大規模種痘が行われた。1858年には江戸において、伊東玄朴・戸塚静海・大槻俊斎らの手によって神田お玉が池に種痘所が設立された。1876年（明治9年）には天然痘予防規則が施行され、幼児への種痘が義務付けられた。