激光闪光灯用于癌症治疗，研究团队取得里程碑式成就

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。然而，现代质子治疗需要大型粒子加速器，专家们正在研究替代加速器概念，例如加速质子的激光系统。

HZDR领导的研究小组首次成功测试了激光质子对肿瘤的照射

放射治疗是主要的癌症治疗方法之一，通常利用的是聚焦X射线光。氢原子的原子核即质子，加速到高能并捆绑成小的、可精确定位的质子束是一种替代方案。这些质子束可以深入组织，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。

这使得该方法比X射线治疗更有效且侵入性更小。“该方法特别适用于照射颅底、大脑和中枢神经系统的肿瘤，”德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（HZDR）研究员Elke Beyreuther博士解释说，“这项技术如果用于儿科癌症患者，可以减少长期影响。”

然而，该方法比X射线治疗要复杂得多，因为它需要复杂的加速器设备来产生质子并将它们输送给患者。这就是为什么德国只有少数质子治疗中心的原因。目前在德国的德累斯顿大学医院有一台这样的设备。目前，专家们正在努力稳步改进该方法并使其适应患者。

定制激光闪光灯

HZDR物理学家Florian Kroll博士解释说：“该方法基于高功率激光产生强且极短的光脉冲，这些光脉冲在薄塑料或金属箔上发射。” 这些闪光的强度将大片电子从箔中击出，产生一个强大电场，可以将质子捆绑成脉冲并将它们加速到高能量。这个过程的规模很小，加速路径只有几微米长。”

“我们已经在这个项目上工作了15年，但到目前为止，质子还没有获得足够的能量进行辐照，”Beyreuther表示，“此外，脉冲强度变化太大，因此我们无法确保提供了正确的剂量。” 

但在过去几年里，科学家们还是取得了重要进步，特别是由于对激光闪光和箔片之间的相互作用有了更好的理解。“最重要的是，激光闪光的精确形状尤为重要，”Kroll解释道，“我们现在可以定制它们以产生具有足够能量并且足够稳定的质子脉冲。”

新的研究要求

最后，参数已经优化到HZDR团队能够启动一系列关键实验的程度。有史以来第一次用激光加速质子对小鼠的肿瘤进行控制照射。这些实验是与来自德累斯顿大学医院OncoRay（国家肿瘤放射研究中心）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。

“我们发现，激光驱动质子源可以产生具有生物学价值的数据，”Kroll报告说，“这为进一步研究奠定了基础，使我们能够测试和优化这种方法。”激光加速质子脉冲的另一个特点是巨大的强度。在传统的质子治疗中，辐射剂量在几分钟内完成，而基于激光的过程可能会在百万分之一秒内发生。

“有迹象表明，如此快速的剂量给药有助于比以前更好地保护周围的健康组织，”Elke Beyreuther解释说，“我们希望通过实验装置跟进这些适应症并进行临床研究，以研究何时以及如何使用这种快速照射方法在癌症治疗中获得优势。”