SLAC和斯坦福大學的研究人員正在開發新的基于加速器的技術，旨在將癌癥放射治療的速度加快數百倍，并使相關醫療設備更緊湊。圖片來源：SLAC國家加速器實驗室

“高冷”的高能物理和惱人的腫瘤細胞，貌似風馬牛不相及，但美國科學家目前正在研發的基于加速器的新技術，有望將癌癥放射治療的持續時間從幾分鐘縮短到不足一秒，來減少癌癥放療的副作用。為高能物理學開發的技術被植入未來的緊湊型醫療設備之后，將幫助患者更容易接受放射治療。

眨眼間殺死腫瘤

據美國每日科學網站近日報道，美國能源部下屬的SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的團隊目前正在進行兩個項目，開發可能的腫瘤治療方法：其中一個項目利用X射線;另一個利用質子。

這兩個項目背后的設想都是以極快的速度轟擊癌細胞，速度之快使器官和其他組織在受到轟擊的期間來不及移動，這將降低放射線擊中并損害腫瘤周圍健康組織的可能性，使放療更精準。

斯坦福大學醫學院放射腫瘤學副教授比利·盧(音)說：“眨眼間就把一次治療的全部放射劑量都投放完，這將是控制器官和組織運動的終極方法。與我們今天所使用的方法相比是一個重大進步。”

SLAC實驗室粒子物理學和天體物理學教授薩米·坦塔維與盧合作進行了上述兩個項目的研究。他說：“為了足夠有效地投放高強度射線，我們需要先進數百倍的加速器系統。我們得到的資金將幫助我們建造這些設施。”

X射線快閃投放系統

其中，名為PHASER的項目將開發一個X射線快閃投放系統。

在目前研究人員開發出的醫療裝置中，電子飛過約1米長的管狀加速器結構，并從一個在同一時間和同一方向上穿過該加速管的射頻場中獲得能量。電子的能量隨后被轉化成X射線。

在過去幾年里，PHASER項目團隊已經開發并測試了采用特殊形狀并以新方法將射頻場送入加速管內的加速器原型機。在模擬中，這些部件已經表現出了預期的性能，將為以緊湊尺寸實現更強大功能的加速器設計鋪平道路。

SLAC實驗室粒子物理學和天體物理學教授薩米·坦塔維說：“下一步，我們將建造這種加速器，并測試這項技術的風險。該技術在3年到5年內可能形成第一臺可以最終用于臨床試驗的實際裝置。”

斯坦福大學放射腫瘤學系將在明年為這些項目提供約100萬美元的資助，由盧和坦塔維共同領導的PHASER部門旨在將PHASER概念轉變為功能性設備。

更健康的質子投放系統

從本質上來說，質子對健康組織的危害要小于X射線，因為它們把殺死腫瘤的能量存放在人體內體積更小的空間內。不過，質子療法需要大型設施對質子進行加速并調整它們的能量;還需要使用重達數百噸的磁體，在患者身體周圍移動，以便把質子束引向目標。

SLAC的科學家稱，他們希望采用創新方法來操縱質子束，使未來的設備更簡單、更緊湊、更快。這一目標可能很快就會“夢想照進現實”，因為美國能源部資助了170萬美元，用于未來三年開發該技術。

盧和坦塔維等人表示：“我們現在可以繼續設計、制造和測試類似于PHASER項目中的加速器結構，該結構將能控制質子束、調節能量并實時提供高輻射劑量。”

除了讓癌癥治療更加精準，放射物的快速投放還有其他好處。

盧解釋道：“我們已經在實驗鼠身上看到，當我們非常迅速地投放放射劑量時，健康細胞受到的損傷較小，但殺死腫瘤的效果與暴露時間較長的常規療法相當，甚至會更好一些。如果同樣的結果也出現在人類身上，那將成為放射治療領域的一個全新模式。”

此外，該項目的另一個關鍵目標是使全世界的患者更容易接受放射治療。斯坦福大學醫學院放射腫瘤學副教授比利·盧說：“如今，世界各地數百萬患者無法接受癌癥治療，只能接受保守療法，希望我們的工作能為更多患者提供最好的治療。”

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