超高速激光技術(shù)可改善癌癥的治療

超快激光技術(shù)不斷帶來驚喜。雖然乍一看，該領(lǐng)域的研究似乎相當(dāng)抽象，但它往往能帶來具體的應(yīng)用。這在醫(yī)療保健領(lǐng)域尤其如此，該技術(shù)可用于治療某些癌癥。

實(shí)驗(yàn)裝置

這項(xiàng)工作是與麥吉爾大學(xué)健康中心（MUHC）的醫(yī)學(xué)物理學(xué)家合作的成果。該團(tuán)隊(duì)的研究成果以《High Dose-Rate MeV Electron Beam from a Tightly-Focused Femtosecond IR Laser in Ambient Air》為題目發(fā)表在《激光與光子學(xué)評(píng)論》雜志上，研究結(jié)果對(duì)科學(xué)界普遍認(rèn)可的關(guān)于高功率激光脈沖的某些知識(shí)提出了質(zhì)疑。

INRS EMT中心主任FrancoisLegare表示：“我們首次證明，在某些條件下，緊密聚焦在環(huán)境空氣中的激光束可以加速電子達(dá)到MeV（兆電子伏特）范圍內(nèi)的能量，與癌癥放射治療中使用的一些輻射器的數(shù)量級(jí)相同?！?/p>

眾所周知，在環(huán)境空氣中聚焦足夠高強(qiáng)度的激光脈沖會(huì)在焦點(diǎn)處產(chǎn)生等離子體。這種等離子體充當(dāng)電子源，其能量最多可加速到幾keV（千電子伏特）。直到最近，由于物理限制，在環(huán)境空氣中無法達(dá)到更高的能量。

研究小組能夠證明，在環(huán)境空氣中加速的電子可以達(dá)到MeV（兆電子伏特）范圍內(nèi)的能量，比以前無法克服的極限高約1000倍。

對(duì)于三種不同的激光脈沖能量，測(cè)量的輻射劑量率（以對(duì)數(shù)刻度為單位）與焦點(diǎn)距離的函數(shù)。

更好的癌癥治療

INRS EMT中心的團(tuán)隊(duì)取得的突破為醫(yī)學(xué)物理學(xué)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展打開了大門。一個(gè)典型的例子是FLASH放射治療，這是一種治療對(duì)常規(guī)放射治療有抵抗力的腫瘤的新方法。

這是一種可以在極短的時(shí)間內(nèi)（微秒而不是分鐘）提供高劑量輻射的技術(shù)。這可以更好地保護(hù)腫瘤周圍的健康組織。這種閃光效應(yīng)在研究中仍然知之甚少，但似乎涉及健康組織的快速脫氧，降低了其對(duì)輻射的敏感性。

這項(xiàng)研究的第一作者、博士后研究員SimonVallières說：“目前還沒有任何研究能夠解釋FLASH效應(yīng)的性質(zhì)。然而，F(xiàn)LASH放射治療中使用的電子源與我們?cè)诃h(huán)境空氣中強(qiáng)烈聚焦激光產(chǎn)生的電子源具有相似的特性。一旦輻射源得到更好的控制，進(jìn)一步的研究將使我們能夠調(diào)查FLASH效應(yīng)產(chǎn)生的原因，并最終提供更好的放射治療?！?/p>

更安全的操作

這一發(fā)現(xiàn)具有具體意義。首先，在處理緊密聚焦在環(huán)境空氣中的激光束時(shí)需要格外小心。

Simon Vallières解釋說：“觀察到的電子能量（MeV）使它們能夠在空氣中行進(jìn)超過3米，或在皮膚下行進(jìn)數(shù)毫米。這給激光源的使用者帶來了輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

此外，通過在源附近進(jìn)行測(cè)量，研究小組觀察到電子的輻射劑量率很高，比傳統(tǒng)放射治療中使用的劑量率高三到四倍。

SimonVallières表示：“發(fā)現(xiàn)這種輻射危險(xiǎn)，是實(shí)驗(yàn)室實(shí)施更安全做法的機(jī)會(huì)”。這位年輕的研究人員指出，在環(huán)境空氣中處理高度聚焦的激光束必須小心謹(jǐn)慎，科學(xué)家需要避免暴露在高劑量的輻射下，因?yàn)樗鼈儗?duì)您的健康有害。