用于癌症研究的激光“flash”脉冲—

近期，据德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（Helmholtz-Zentrum Dresden- Rossendorf，HZDR)报道，该中心的研究小组首次成功测试了激光加速产生的质子束对动物肿瘤的照射，用于癌症研究的超短强激光脉冲成为质子辐照的一个里程碑。

参与此项研究的还有来自德国德累斯顿工业大学（Technische Universität Dresden, Germany）、德国癌症研究协会（German Cancer Consortium）以及德国国家肿瘤中心（National Center for Tumor Diseases）的研究人员。相关研究已于2022年3月14日发表在Nature Physics上。

放射治疗是癌症的主要治疗方法之一，通常利用强大的聚焦X射线光。还有一种方法是将质子（氢原子的原子核）加速到高能量，并聚焦成小的、可精确定位的质子束，它们可以深入组织，将大部分能量储存在肿瘤中，摧毁癌症，同时保持周围组织基本完好。与X射线相比，用快质子照射是一种更有效且侵入性更小的癌症治疗方法。

HZDR研究员Elke Beyreuther说：“该方法特别适用于照射颅底、大脑和中枢神经系统的肿瘤。也可以用于儿科癌症患者，以减少可能的长期影响。”

然而，现代质子治疗比X射线治疗要复杂得多，它需要大型粒子加速器来产生快质子并将其传导至治疗室的患者。目前，研究人员正在考虑可替代加速器的装置，例如可加速质子的激光系统。专家们希望把这种系统部署在临床前研究中，为最佳放射治疗铺平道路，基于激光的质子加速器可以在这方面做出决定性的贡献。

定制激光脉冲

HZDR物理学家Florian Kroll表示，该方法基于高功率激光器产生极强且极短的光脉冲，这些光脉冲照射在薄塑料或金属箔上，使大量电子从箔中逸出，产生强大的电场，进而将质子加速到高能量，产生定向质子束。更具吸引力的是，这个过程的加速距离仅有几微米长。

研究人员表示，他们已经在这个项目上研究了15年，但到目前为止，质子还没有获得足够的能量来进行辐照。此外，激光脉冲强度不稳定，无法确定是否传导了准确的剂量。过去的几年里，科学家们终于取得了重大进展，主要源于更好地了解了超强激光脉冲和薄靶之间的相互作用。研究员Kroll解释道：“激光脉冲形状十分重要，我们现在可以控制它们以产生具有足够能量且足够稳定的质子脉冲。”

新的研究要求

目前，各项参数已经得到优化，因此HZDR团队才能够启动一系列的关键实验：有史以来第一次用激光加速质子对小鼠的肿瘤进行可控照射。这些实验是与德国国家肿瘤放射研究中心的德累斯顿大学医院的专家合作进行的，并以传统质子治疗设施的比较实验为基准。

激光加速质子束的另一个特点是其超高的峰值强度。在传统的质子治疗中，辐射剂量是在几分钟内完成的，而基于激光加速的过程可能会在百万分之一秒内发生。研究人员指出，有迹象表明，如此快速的瞬态剂量给药有助于更好地保护周围的健康组织。他们希望通过该实验装置进一步研究这一瞬态效应，并进行临床前的研究，以明确如何使用这种快速照射方法在癌症治疗中获得优势。

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用于癌症研究的激光“flash”脉冲——质子辐照的里程碑