新型超快激光技术可改善肿瘤放射治疗效果

这项应用是国家科学研究院（INRS）先进激光光源实验室（ALLS）的研究团队在能源材料电信研究中心（EMT Centre）主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）教授指导下开展的最新工作中发现的。同时也是与麦吉尔大学健康中心（MUHC）的医学物理学家合作的成果。该团队的研究成果发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）杂志上，其惊人的结果使人们对高功率激光脉冲的某些知识产生了质疑，而这些知识已成为科学界的共识。

国家科学研究中心 EMT 中心主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）说："我们首次证明，在特定条件下，激光束在环境空气中紧密聚焦，可以加速电子，使其能量达到 MeV（兆电子伏特）范围，与用于癌症放射治疗的某些辐照装置的能量数量级相同。"

从左至右Steve MacLean（无限潜能实验室首席技术官）、Sylvain Fourmaux（法国国家科研中心助理研究员）、François Fillion-Gourdeau（无限潜能实验室助理研究员）、Stéphane Payeur（法国国家科研中心研究员）、Simon Vallières（法国国家科研中心博士后研究员）和 François Légaré（EMT 中心主任）。资料来源：国家科研所

在环境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，这一点已经得到证实。该等离子体是电子源，最多可将电子加速到几千电子伏（keV）的能量。直到最近，由于物理限制，在环境空气中还无法达到更高的能量。

研究小组能够证明，在环境空气中加速的电子能够达到 MeV（兆电子伏特）范围内的能量，或者说比以前无法逾越的极限高出约 1000 倍。

更好的癌症治疗方法

国家科学研究中心 EMT 中心团队的突破为医学物理学的重大进展打开了大门。一个典型的例子就是FLASH放射疗法，这是一种治疗对传统放射疗法有抵抗力的肿瘤的新方法。这种技术可以在极短的时间内（微秒而不是几分钟）提供高剂量的放射线。这可以更好地保护肿瘤周围的健康组织。这种"闪光"效应在研究中还不太清楚，但似乎涉及健康组织的快速脱氧，降低了它们对辐射的敏感性。

实验装置。超短红外激光脉冲在环境空气中紧密聚焦，产生高剂量的电离辐射。资料来源：Simon Vallières（法国国家科学研究中心）

"没有任何研究能够解释 FLASH 效应的本质。不过，FLASH 放射疗法中使用的电子源与我们在环境空气中强烈聚焦激光产生的电子源具有相似的特性。"博士后研究员、该研究第一作者西蒙-瓦利埃尔（Simon Vallières）说："一旦辐射源得到更好的控制，进一步的研究将使我们能够探究FLASH效应的原因，并最终为癌症患者提供更好的放射治疗。"

更安全的处理

这一发现具有具体的意义。首先，在处理环境空气中紧密聚焦的激光束时需要格外小心。

"观测到的电子能量（兆电子伏）使它们能够在空气中飞行三米多远，或在皮肤下飞行几毫米。"Simon Vallières解释说："这给激光源的使用者带来了辐射风险。"

此外，通过在放射源附近进行测量，研究小组观察到电子辐射剂量率很高，是传统放射治疗所用剂量率的三到四倍。

西蒙-瓦利埃尔说："发现这种辐射危害是在实验室实施更安全操作的一个机会。这位年轻的研究人员指出，在环境空气中处理高度集中的激光束必须小心谨慎，科学家们需要避免接触高剂量的辐射，因为它们对人体健康有害。"

编译来源：ScitechDaily