新的基于加速器的技术旨在通过将癌症放射治疗的持续时间从几分钟缩短到一秒钟以下来减少其副作用。内置于未来紧凑型医疗设备中,为高能物理开发的技术也有助于使全世界更容易接受放射治疗。
技术

美国能源部的SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学正在开发一种基于加速器的新技术,旨在通过将癌症放射治疗的持续时间从几分钟缩短到一秒钟以下来减少其副作用。

内置于未来紧凑型医疗设备中,为高能物理开发的技术也有助于使全世界更容易接受放射治疗。

现在,SLAC/Stanford团队已获得关键资金,继续进行两个项目,以开发可能的肿瘤治疗方法——一个是使用X射线,另一个使用质子。

两者背后的想法是爆炸癌细胞如此之快,以至于器官和其他组织在暴露过程中没有时间移动,就像从视频中拍摄一个单独的冷冻帧。

这就减少了辐射对肿瘤周围健康组织的伤害,使放射治疗更加精确。

“在一次持续时间不到一秒钟的闪光中提供整个治疗疗程的辐射剂量是管理器官和组织持续运动的最终方法,与我们今天使用的方法相比有了很大的进步,“Billy Loo说,斯坦福医学院放射肿瘤学副教授。

Sami Tantawi粒子物理学和天体物理学教授,以及SLAC技术创新理事会射频加速器研究部首席科学家,他在两个项目上都和卢合作,说:为了有效地传送高强度辐射,我们需要比当今技术强大数百倍的加速器结构。我们得到的资金将帮助我们建立这些结构。”“

用X光爆破癌症


这个名为Phaser的项目将开发一个X射线闪光传输系统。

在今天的医疗设备中,电子穿过一米长的管状加速器结构,从在同一时间和同一方向穿过管子的射频场获得能量。

然后电子的能量转换成X射线。在过去的几年里,相位器团队已经开发并测试了具有特殊形状的加速器原型,以及将射频场输入管中的新方法。

这些组件已经按照模拟预测的方式运行,并为加速器设计铺平了道路,以紧凑的尺寸支持更大的功率。

“下一步,我们将构建加速器结构并测试该技术的风险,哪一个,三到五年后,可能导致第一个实际的设备最终可以用于临床试验,“Tantawi说。

斯坦福放射肿瘤学系将在明年为这些努力提供大约100万美元,并支持筹集更多研究资金的运动。

放射肿瘤学系,与医学院合作,还建立了以精确放射治疗为重点的放射科学中心。它的移相器部门,由卢和坦塔维共同领导,旨在将相位器概念转化为功能性装置。

使质子疗法更灵活


原则上,与X射线相比,质子对健康组织的危害更小,因为它们在体内以更为有限的体积储存着杀死肿瘤的能量。

然而,质子治疗需要大型设施来加速质子并调节其能量。它还使用了重达数百吨的磁铁,这些磁铁在病人身体周围缓慢移动,引导光束进入目标。

“我们想想出创新的方法来操纵质子束,使未来的设备更简单,更紧凑更快,“Emilio Nanin说,SLAC的科学家,他和坦塔维和卢一起领导这个项目。

这个目标很快就会实现,多亏了美国能源部科学加速器管理办公室(DOE Office of Science Accelerator Stewardship Program)最近提供的170万美元拨款,在未来三年内开发这项技术。

“我们现在可以继续设计,制造和测试一个类似于移相器项目的加速器结构,该结构将能够控制质子束,调节能量,几乎瞬间释放出高辐射剂量,“南尼说。

快,有效且易接近


除了使癌症治疗更加精确外,闪光辐射传输似乎也有其他好处。

“我们已经在老鼠身上看到,当我们很快地使用辐射剂量时,健康的细胞受到的伤害较小,然而,肿瘤的杀伤效果相当于甚至比传统的长时间暴露要好一点,“Loo说。

“如果结果适用于人类,这将是辐射治疗领域的全新范例。”“

该项目的另一个关键目标是使全世界的患者更容易接受放射治疗。

今天,全世界数以百万计的病人只接受姑息治疗,因为他们无法接受癌症治疗,Loo说。“我们希望我们的工作将有助于为更多地区的更多患者提供最好的治疗。”“

这就是团队专注于设计紧凑型系统的原因,省电,经济的,在临床环境中有效使用,与全球现有基础设施兼容。

Tantawi说:第一个广泛使用的医用直线加速器设计是在斯坦福大学发明和建造的,直到SLAC的建立。下一代可能是真正的游戏改变者——在医学和其他领域,比如X射线激光器的加速器,粒子对撞机与国家安全。”“

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美国能源部的SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学正在开发基于加速器的新技术,旨在通过将癌症放射治疗的持续时间从几分钟缩短到一秒钟以下,从而减少癌症放射治疗的副作用。为高能物理开发的技术也可以…