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肿瘤放射治疗获突破 德国HZDR新型质子加速技术问世
2022/3/14 18:10:20 | 浏览:567 | 评论:0

用快速质子射线杀死癌细胞比用X射线标靶病灶组织更准确、效果更好,但是要产生质子射线需要很大型的粒子加速器,使得这种技术难以用于癌症治疗。

科学家发现使用激光加速质子是一个替代方案。最近一组科学家在这方面获得了突破,成功地用激光生成质子束,对小鼠体内的肿瘤施行了放射疗法。

放射疗法是治疗癌症常用的方法之一,其中最常见的是X射线。不过,氢原子核里面带正电的粒子即质子,被加速到高能状态并聚集成束作用于肿瘤,能有效杀死肿瘤细胞。质子能抵达更深部位的人体组织,因为定位更加准确,所以对肿瘤周围健康细胞影响较小,所以治疗效果比X射线更好。

肿瘤放射治疗获突破 德国HZDR新型质子加速技术问世

利用高能辐射治疗癌症示意图。(Shutterstock)

主要研究者之一德国亥姆霍兹德勒斯登罗森多夫研究中心(HZDR)的研究员埃尔克·贝罗伊瑟(Elke Beyreuther)说:“这种方法特别适合放射治疗位于颅底、大脑内部、中枢神经系统内部的肿瘤。也适合用于儿童肿瘤治疗,后遗症较小。”

然而,用于加速质子的仪器太大,无法便捷地移动到患者的身边,所以以前只有少数几个质子放射治疗中心,比如其中一个位于德国德累斯顿大学医院(Dresden University Hospital)。研究人员不断在尝试怎样改进这种技术,使得设备具有较好的可移动性。激光加速质子的技术是很多人在钻研的方向。

合作研究者HZDR的物理学家弗洛里安·克罗尔(Florian Kroll)说,这种方法使用高能激光冲击很薄的塑料或金属箔,把金属箔中的大量电子打出去,形成一个电场。这个电场把质子集中成脉冲并加速到高能状态。这个加速的距离只有几微米。

听上去已经完全可行了?贝罗伊瑟说他们已经在这个领域研究了15年,有很多障碍需要克服。比如质子被加速达到的能量不够高不足以杀死肿瘤细胞,或者形成的脉冲强度不稳定,不能输出需要的放射剂量。

但是现在,他们终于找到了关键所在,克罗尔说:“激光束精确的形态很重要。现在我们终于能够控制激光束的形态产生不同能量的质子束,并维持它们的稳定。”

最后,研究人员在拥有传统质子放射治疗设备的德累斯顿大学医院、对小鼠体内的肿瘤用这种技术进行了第一次放射治疗试验。克罗尔说:“我们的激光质子发射源能得到有价值的活体组织数据。为进一步测试和优化我们的技术奠定了基础。”

贝罗伊瑟说,这种新技术一个很大的好处是强度高,照射的时间很短。传统的质子放射疗法大约需要照射几分钟时间,这种新型激光质子技术只需作用百万分之一秒。“如此快的作用时间使得治疗的过程对健康组织的伤害比旧的技术小得多。”

这份研究3月14日发表于《自然·物理学》(Nature Physics)期刊

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