超快激光技术可以改善癌症治疗

实验设置。一个超短的红外激光脉冲在周围空气中紧密聚焦，产生高电离辐射剂量。资料来源:Simon valli (INRS)

超快激光技术不断带来惊喜。虽然这一领域的研究乍一看似乎相当抽象，但它往往会导致具体的应用。在医疗领域尤其如此，该技术可用于治疗某些癌症。

这项应用是由法国国家科学研究所(INRS)的先进激光光源实验室(ALLS)的研究小组在Énergie matsamriaux tsamriaux communications research Centre (EMT Centre)的教授和主任franois lsamarise最近的工作指导下发现的。这项工作是与麦吉尔大学健康中心(MUHC)的医学物理学家合作的成果。该研究小组的研究发表在《激光与光子学评论》杂志上，研究结果对高功率激光脉冲的某些知识提出了质疑——这些知识在科学界已经很普遍了。“我们首次证明，在一定条件下，激光束紧密聚焦在环境空气中，可以加速电子达到MeV(兆电子伏特)的能量范围，这与癌症放射治疗中使用的一些辐射器的能量相同，”INRS EMT中心主任franois lsamugar说。在周围空气中聚焦足够高强度的激光脉冲会在焦点处产生等离子体，这是公认的。这种等离子体作为电子的来源，最多可以被加速到几keV(千电子伏)的能量。直到最近，由于物理限制，在周围空气中达到更高的能量是不可能的。研究小组能够证明，在环境空气中加速的电子可以达到MeV(兆电子伏特)范围内的能量，或者比以前不可逾越的极限高出约1000倍。

测量的辐射剂量率(对数标度)作为距离焦点的函数，三种不同的激光脉冲能量。资料来源:Simon valli (INRS)

更好的癌症治疗

INRS EMT中心团队的突破为医学物理学的重大进步打开了大门。一个典型的例子是FLASH放射疗法，这是一种治疗对传统放射疗法有抗药性的肿瘤的新方法。这种技术可以在极短的时间内(微秒而不是分钟)释放高剂量的辐射。这样可以更好地保护肿瘤周围的健康组织。这种闪光效应在研究中仍然知之甚少，但似乎与健康组织的快速脱氧有关，降低了它们对辐射的敏感性。“没有研究能够解释闪电效应的本质。然而，FLASH放射治疗中使用的电子源与我们通过将激光强烈聚焦在环境空气中产生的电子源具有相似的特征。一旦辐射源得到更好的控制，进一步的研究将使我们能够调查是什么导致了闪光效应，并最终为癌症患者提供更好的放射治疗，”博士后研究员、该研究的第一作者Simon valli说。安全操作

这一发现具有具体意义。首先，在处理紧聚焦于周围空气中的激光束时需要格外小心。

“观察到的电子能量(MeV)允许它们在空气中移动超过3米，或者在皮肤下移动几毫米。这给激光光源的使用者带来了辐射暴露的风险，”Simon valli解释说。此外，通过在放射源附近进行测量，研究小组观察到电子的高辐射剂量率——比传统放射治疗中使用的高三到四倍。“发现这种辐射危害是在实验室实施更安全做法的一个机会，”Simon valli说。这位年轻的研究人员指出，在环境空气中处理高度聚焦的激光束必须小心，科学家们需要避免暴露在高剂量的辐射下，因为它们对你的健康有害。