超高速激光技術可改善癌癥的治療

超快激光技術不斷帶來驚喜。雖然乍一看，該領域的研究似乎相當抽象，但它往往能帶來具體的應用。這在醫療保健領域尤其如此，該技術可用于治療某些癌癥。

實驗裝置

這項工作是與麥吉爾大學健康中心（MUHC）的醫學物理學家合作的成果。該團隊的研究成果以《High Dose-Rate MeV Electron Beam from a Tightly-Focused Femtosecond IR Laser in Ambient Air》為題目發表在《激光與光子學評論》雜志上，研究結果對科學界普遍認可的關于高功率激光脈沖的某些知識提出了質疑。

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

眾所周知，在環境空氣中聚焦足夠高強度的激光脈沖會在焦點處產生等離子體。這種等離子體充當電子源，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，在環境空氣中無法達到更高的能量。

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

對于三種不同的激光脈沖能量，測量的輻射劑量率（以對數刻度為單位）與焦點距離的函數。

更好的癌癥治療

INRS EMT中心的團隊取得的突破為醫學物理學領域取得重大進展打開了大門。一個典型的例子是FLASH放射治療，這是一種治療對常規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間內（微秒而不是分鐘）提供高劑量輻射的技術。這可以更好地保護腫瘤周圍的健康組織。這種閃光效應在研究中仍然知之甚少，但似乎涉及健康組織的快速脫氧，降低了其對輻射的敏感性。

這項研究的第一作者、博士后研究員SimonVallières說：“目前還沒有任何研究能夠解釋FLASH效應的性質。然而，FLASH放射治療中使用的電子源與我們在環境空氣中強烈聚焦激光產生的電子源具有相似的特性。一旦輻射源得到更好的控制，進一步的研究將使我們能夠調查FLASH效應產生的原因，并最終提供更好的放射治療?！?/p>

更安全的操作

這一發現具有具體意義。首先，在處理緊密聚焦在環境空氣中的激光束時需要格外小心。

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超過3米，或在皮膚下行進數毫米。這給激光源的使用者帶來了輻射暴露風險?！?/p>

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

SimonVallières表示：“發現這種輻射危險，是實驗室實施更安全做法的機會”。這位年輕的研究人員指出，在環境空氣中處理高度聚焦的激光束必須小心謹慎，科學家需要避免暴露在高劑量的輻射下，因為它們對您的健康有害。