由能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学开发的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以下来减少癌症放射治疗的副作用。在未来的紧凑型医疗设备中，为高能物理开发的技术也可以帮助全世界更容易地获得放射治疗。

现在，SLAC /斯坦福大学的团队已经获得了至关重要的资金，可以开展两个项目来开发可能的肿瘤治疗方法 - 一个使用X射线，另一个使用质子。两者背后的想法是如此迅速地使癌细胞爆炸，使得器官和其他组织在暴露期间没有时间移动 - 就像从视频中取出一个冻结帧一样。这减少了辐射撞击和破坏肿瘤周围健康组织的机会，使放射治疗更加精确。

“用一次持续不到一秒的闪光提供整个疗程的辐射剂量将是管理器官和组织恒定运动的最终方式，与我们今天使用的方法相比有了重大进步，”比利说。 Loo，斯坦福大学医学院放射肿瘤学副教授。

Sami Tantawi是粒子物理学和天体物理学教授，也是SLAC技术创新理事会RF加速器研究部门的首席科学家，他在两个项目中与Loo合作，他说：“为了有效地提供高强度辐射，我们需要加速器结构比现在的技术强大数百倍。我们收到的资金将帮助我们建立这些结构。“

用X射线爆破癌症

名为PHASER的项目将开发一种用于X射线的闪光传输系统。

在今天的医疗设备中，电子通过管状加速器结构飞行，该加速器结构长约1米，从射频场获得能量，同时沿同一方向穿过管道。然后电子的能量转换成X射线。在过去几年中，PHASER团队开发并测试了具有特殊形状的加速器原型和将射频场送入管中的新方法。这些组件已经按模拟预测的方式运行，为加速器设计铺平了道路，以便在紧凑的尺寸内支持更多功率。

“接下来，我们将构建加速器结构并测试该技术的风险，在三到五年内，这可能会导致第一个真正的设备最终可用于临床试验，”Tantawi说。

斯坦福大学放射肿瘤学系将在明年为这些努力提供约100万美元，并支持一项筹集更多研究经费的活动。放射肿瘤学系与医学院合作，还建立了辐射科学中心，专注于精确放射治疗。由Loo和Tantawi共同领导的PHASER部门旨在将PHASER概念转变为功能性设备。

使质子治疗更加灵活

原则上，质子对健康组织的危害小于X射线，因为它们将肿瘤杀伤能量沉积在体内更狭窄的体积中。然而，质子治疗需要大型设施来加速质子并调节能量。它还使用重达数百吨的磁铁，这些磁铁在患者身体周围缓慢移动，以引导光束进入目标。

“我们希望采用创新方法来操纵质子束，使未来的设备更简单，更紧凑，更快，”SLAC的一名科学家Emilio Nanni说道，他与Tantawi和Loo一起领导该项目。

由于美国能源部科学加速器管理计划最近提供的170万美元资金用于在未来三年内开发该技术，这一目标很快就会实现。

“我们现在可以继续设计，制造和测试类似于PHASER项目中的加速器结构，该结构将能够控制质子束，调节能量并实时提供高辐射剂量，”Nanni说。

快速，有效和易于使用

除了使癌症治疗更精确之外，辐射的闪光传递似乎还具有其他益处。

“我们已经在老鼠身上看到，当我们非常快速地应用辐射剂量时，健康细胞受到的损害更小，但是杀肿瘤的效果与传统的长期暴露相比甚至更好一点，”Loo说。“如果结果适用于人类，那将成为放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。

Loo说，如今，世界各地数百万患者只接受姑息治疗，因为他们无法接受癌症治疗。“我们希望我们的工作能够为更多地方的更多患者提供最好的治疗。”

这就是为什么团队专注于设计紧凑，节能，经济，高效的临床环境系统，并与世界各地的现有基础设施兼容，Tantawi说：“第一个广泛使用的医疗直线加速器设计是发明的在SLAC建设之前的几年里，斯坦福大学都在建造。下一代可能是一个真正的游戏改变者 - 在医学和其他领域，如X射线激光加速器，粒子碰撞器和国家安全。

斯坦福大学的Peter Maxim(现为印第安纳大学放射肿瘤物理学主任)是PHASER的共同发明者，并为这两个项目做出了重要贡献。质子治疗团队的其他成员是Loma Linda大学的Reinhard Schulte和Varian Medical Systems的Matthew Murphy。