研究提出肿瘤放射治疗剂量集中的新途径

斯特拉斯克莱德大学的科学家领导的一项研究提出了一种新的方法,即集中放疗剂量,同时尽量减少对健康细胞的损害。

这项研究提出,将高能粒子束聚焦在身体深处的一个小点上,有可能使临床医生能够精确地瞄准癌性肿瘤,同时减少对周围组织的剂量。

外放射治疗包括用高能X射线或粒子束治疗患者。肿瘤细胞被辐射杀死,辐射通常分为多个部分,在几周内每天使用。主要目的是利用辐射束杀死肿瘤细胞,同时尽量减少对健康细胞的损害。

这项研究已经发表在《自然研究》杂志《科学报告》上。

项目负责人Dino Jaroszynski教授说:

大约一半的人在一生中的某个时候会患上癌症。在这些人中,有一半将接受放射治疗或放射治疗与化疗相结合的治疗。

放射治疗的挑战之一是以完全“符合”肿瘤的方式储存高辐射剂量,以确保杀死所有癌细胞,同时防止对健康细胞的损害。我们的研究表明,我们可以非常简单地将辐射集中到肿瘤上,从而在减少周围健康组织的剂量的同时对肿瘤进行照射。

与放大镜将太阳光聚焦到一个小光点的方法类似,我们建议使用磁透镜将粒子束聚焦到一个小光点以切除肿瘤。”

目前在放射治疗中常用的放射形式包括由“医学”直线加速器或直线加速器产生的电子束产生的X射线,这种X射线产生一种称为韧致辐射X射线的辐射,然后靶向肿瘤。

这些来自直线加速器的低能电子束也可以直接用于照射肿瘤,但它们不能深入人体,因此不常用。

在放射治疗中使用X射线的一个缺点是,X射线被人体吸收,其效果减弱,从而导致高剂量的进入。近端和远端剂量-肿瘤前后-也可以高达或高于肿瘤中的辐射剂量。

为了精确地用足够的辐射照射肿瘤以杀死所有的肿瘤细胞,X射线束通常在从不同方向指向肿瘤时旋转,而患者则保持静止。

相关的放射治疗可能有助于治疗局部晚期前列腺癌。使用人工智能个性化癌症患者的放射治疗剂量。儿童脑肿瘤的幸存者可能会经历认知、社会经济负担和有效的放射治疗方式。泰使用更重的粒子,如质子和离子。它们的优点是辐射剂量可以限制在一个称为“布拉格峰”的小区域内。质子放射治疗设备是可用的,但非常昂贵。

参与该项目的Strathclyde物理系研究员Enrico Brunetti博士说:“这项工作对癌症治疗中遇到的基本问题进行了全面的数值研究,在各种几何结构中使用高能电子。结果表明,通常用于高能粒子加速器的技术和光束传输系统可以在这一领域中得到直接应用,扩大了可用于放射治疗的工具的范围。”

从事该项目的Strathclyde博士生Karolina Kokurewicz说:

电子和质子很像,具有粒子特有的性质。然而,必须通过增加电子的能量和惯性来补偿非常小的电子质量,从而达到类似于高质量粒子的效果。我们推动封套,以充分研究高能电子(VHEE)在放射治疗中的潜在优势。

在我们的研究中,我们表明,当聚焦时,VHEE光束可以很容易地控制,以精确地定位肿瘤,类似于光束扫描方式。净效应是一个大大增强的剂量曲线,它与目标体积非常接近,并可能提供更好的肿瘤控制。这是认识到VHEE真正潜力的第一步。”

Jaroszynski教授说:“我们正在苏格兰斯特拉斯克莱德等离子体加速器应用中心(SCAPA)建立一条新的医学光束线,用激光产生的高能电子加速器来研究我们论文发表的想法。

这些超紧凑的激光尾波场加速器只有毫米长,而且很容易聚焦;大部分的空间都被激光器的电源所占据。这是一个非常令人兴奋的新项目,它有可能通过降低放射治疗的成本,同时提高放射治疗的有效性来最终改变放射治疗。”

这项研究也是一项国际合作,涉及玛丽·博伊德博士和斯特拉斯克莱德药学和生物医学科学研究所的安妮特·索伦森博士。

此外,它还包括来自格拉斯哥大学和萨里大学、沃尔夫森沃尔癌症研究中心、英国国家物理实验室和印第安纳大学医学院的临床医生、生物学家和物理学家。

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