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  “高冷”的高能物理和恼人的肿瘤细胞,貌似风马牛不相及,但美国科学家目前正在研发的基于加速器的新技术,有望将癌症放射治疗的持续时间从几分钟缩短到不足一秒,来减少癌症放疗的副作用。为高能物理学开发的技术被植入未来的紧凑型医疗设备之后,将帮助患者更容易接受放射治疗。

  SLAC和斯坦福大学的研究人员正在开发新的基于加速器的技术,旨在将癌症放射治疗的速度加快数百倍,并使相关医疗设备更紧凑。图片来源:SLAC国家加速器实验室

  眨眼间杀死肿瘤

  据美国每日科学网站近日报道,美国能源部下属的SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的团队目前正在进行两个项目,开发可能的肿瘤治疗方法:其中一个项目利用X射线;另一个利用质子。

  这两个项目背后的设想都是以极快的速度轰击癌细胞,速度之快使器官和其他组织在受到轰击的期间来不及移动,这将降低放射线击中并损害肿瘤周围健康组织的可能性,使放疗更精准。

  斯坦福大学医学院放射肿瘤学副教授比利·卢(音)说:“眨眼间就把一次治疗的全部放射剂量都投放完,这将是控制器官和组织运动的终极方法。与我们今天所使用的方法相比是一个重大进步。”

  SLAC实验室粒子物理学和天体物理学教授萨米·坦塔维与卢合作进行了上述两个项目的研究。他说:“为了足够有效地投放高强度射线,我们需要先进数百倍的加速器系统。我们得到的资金将帮助我们建造这些设施。”

  X射线快闪投放系统

  其中,名为PHASER的项目将开发一个X射线快闪投放系统。

  在目前研究人员开发出的医疗装置中,电子飞过约1米长的管状加速器结构,并从一个在同一时间和同一方向上穿过该加速管的射频场中获得能量。电子的能量随后被转化成X射线。

  在过去几年里,PHASER项目团队已经开发并测试了采用特殊形状并以新方法将射频场送入加速管内的加速器原型机。在模拟中,这些部件已经表现出了预期的性能,将为以紧凑尺寸实现更强大功能的加速器设计铺平道路。

  SLAC实验室粒子物理学和天体物理学教授萨米·坦塔维说:“下一步,我们将建造这种加速器,并测试这项技术的风险。该技术在3年到5年内可能形成第一台可以最终用于临床试验的实际装置。”

  斯坦福大学放射肿瘤学系将在明年为这些项目提供约100万美元的资助,由卢和坦塔维共同领导的PHASER部门旨在将PHASER概念转变为功能性设备。

  更健康的质子投放系统

  从本质上来说,质子对健康组织的危害要小于X射线,因为它们把杀死肿瘤的能量存放在人体内体积更小的空间内。不过,质子疗法需要大型设施对质子进行加速并调整它们的能量;还需要使用重达数百吨的磁体,在患者身体周围移动,以便把质子束引向目标。

  SLAC的科学家称,他们希望采用创新方法来操纵质子束,使未来的设备更简单、更紧凑、更快。这一目标可能很快就会“梦想照进现实”,因为美国能源部资助了170万美元,用于未来三年开发该技术。

  卢和坦塔维等人表示:“我们现在可以继续设计、制造和测试类似于PHASER项目中的加速器结构,该结构将能控制质子束、调节能量并实时提供高辐射剂量。”

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