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抗擊癌癥的未來 在不到一秒的時間內摧毀腫瘤

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-01瀏覽次數:759

由能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學開發的基于加速器的新技術旨在通過將癌癥放射治療的持續時間從幾分鐘減少到不到一秒來減少癌癥放療的副作用。在未來的緊湊型醫療設備中,為高能物理開發的技術也可以幫助全球更容易地獲得放射治療。

現在,SLAC /斯坦福大學團隊已經獲得了重要的資金來開發兩個可能的項目來開發可能的癌癥治療 - 一個使用X射線,另一個使用質子。兩者背后的想法是如此快速地爆炸癌細胞,使器官和其他組織在暴露期間沒有時間移動 - 就像從視頻中取出一個凍結的框架一樣。這減少了輻射影響和損害腫瘤周圍健康組織的機會,使放射治療更加精確。

“使用持續不到一秒的閃光燈來提供全部輻射劑量將是管理器官和組織持續運動的最終方式,這是我們今天使用的方法的重大改進,”比利說。 Loo,斯坦福大學醫學院放射腫瘤學副教授。

Sami Tantawi是粒子物理學和天體物理學教授,也是SLAC技術創新委員會RF加速器研究部門的首席科學家。他在兩個項目中與Loo合作。他說:“為了有效地提供高強度輻射,我們需要加速器結構比現有技術強大數百倍。我們收到的資金將幫助我們建立這些結構。”

用X射線爆破癌癥

一個名為PHASER的項目將開發一種用于X射線的閃光傳輸系統。

在今天的醫療設備中,電子通過約1米長的管狀加速器結構飛行,并在沿同一方向穿過管道時從RF場吸取能量。然后電子的能量轉換成X射線。在過去幾年中,PHASER團隊開發并測試了一種特殊形狀的加速器原型和一種將射頻場送入管內的新方法。這些組件已作為模擬預測運行,為加速器設計鋪平了道路,以便在緊湊的尺寸中支持更多功率。

“接下來,我們將建立加速器結構并測試該技術的風險,這可能導致第一個真正的設備在三到五年內用于臨床試驗,”Tantawi說。

斯坦福大學放射腫瘤學系將在明年為這些工作提供約100萬美元,并支持一項活動,以籌集更多的研究經費。放射腫瘤學系與醫學院合作,還建立了一個專注于精確放射治療的放射科學中心。由Loo和Tantawi領導的PHASER部門旨在將PHASER概念轉變為功能性設備。

使質子治療更加靈活

原則上,質子對健康組織的危害小于X射線,因為它們在體內以較窄的體積沉積腫瘤殺傷能量。然而,質子治療需要大型設施來加速質子和調節能量。它還使用重達數百噸的磁鐵,這些磁鐵在患者身體周圍緩慢移動,將光束引導到目標中。

“我們希望使用創新方法來操縱質子束,使未來的設備更簡單,更緊湊,更快,”與Tantawi和Loo一起領導該項目的SLAC科學家Emilia Nanni說。

由于最近美國能源部科學加速器管理計劃提供的170萬美元資金用于在未來三年內開發該技術,這一目標很快就會實現。

“我們現在可以繼續設計,制造和測試類似于PHASER項目中的加速器結構,該項目將能夠控制質子束,調節能量并實時提供高輻射劑量,”Nanni說。

快速,有效且易于使用

除了使癌癥治療更加精確之外,輻射的閃光傳遞似乎還有其他好處。

“我們已經在老鼠身上看到,當我們非常快地施加輻射劑量時,健康細胞受到的損害更小,但殺死腫瘤的效果甚至比傳統的長期暴露更好,”Loo說。 “如果結果適用于人類,它將成為放射治療領域的新范例。”

該項目的另一個關鍵目標是讓世界各地的患者更容易接受放射治療。

Loo說,目前全世界數以百萬計的患者只接受姑息治療,因為他們無力承擔癌癥治療費用。 “我們希望我們的工作能為更多地方的更多患者提供最佳治療。”

這就是為什么該團隊專注于設計與世界各地現有基礎設施兼容的緊湊,節能,經濟,高效的臨床環境系統,“Tantawi說。 “第一個廣泛使用的醫療直線加速器設計是在SLAC發明的。在過去的幾年里,斯坦福大學一直在建設中。下一代可能是一個真正的游戲改變者 - 在醫學和其他領域,如X射線激光加速器,粒子碰撞器和國家安全。

斯坦福大學的Peter Maxim(現為印第安納大學放射腫瘤學主任)是PHASER的共同發明者,并為這兩個項目做出了重大貢獻。質子治療團隊的其他成員是Loma Linda大學的Reinhard Schulte和Varian Medical Systems的Matthew Murphy。

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