在CERN CLEAR束线进行的实验中，电子束穿过两组三重态电磁四极杆，并聚焦在水体模内。(来源：斯特拉斯克莱德大学)

一个国际研究团队开发了一种开创性的放射疗法技术，该技术使用超高能电子(VHEE)束精确地靶向肿瘤。提议将VHEE光束作为X射线光子的替代疗法进行放射治疗，它可以穿透组织深处，但也会使健康组织曝光过度。

在发表于《自然通信物理学》上的这项研究中，研究人员展示了他们如何通过使用大孔径电磁透镜将VHEE光束聚焦到组织中的一个极小的点，从而将辐射剂量集中到一个小体积中，从而克服了这个问题。

正如研究负责人，苏格兰斯特拉斯克莱德大学基于血浆的加速剂应用中心(SCAPA)主任Dino Jaroszynski所解释的那样，此体积元素可以在肿瘤上快速扫描到随后“绘制”肿瘤的所有区域，同时最小化对健康组织的辐射剂量。

他说：“以使用手镜聚焦阳光为类比，如果将手放在焦点上，将会遭受严重的灼伤，但远离焦点只能感到温和的温暖。”

Jaroszynski解释说：“电子束破坏癌细胞的方式与高能光子非常相似，后者是临床上最常见的放射疗法。” “这是因为高能电子通过辐射将其大部分动能转换为X射线光子，从而触发了电子，正电子和光子的级联，还通过非弹性碰撞使物质离子化。这些是通过直接电离DNA或间接产生破坏其DNA的自由基最终破坏癌细胞的原因。”

精确定位

在CERN的研究线性电子加速器(CLEAR)设施上进行的实验中，研究小组测量了聚焦在水体模中的158和201 MeV电子束的深度-剂量分布。他们证明了聚焦的VHEE光束将剂量集中到一个明确的体积中，该体积在幻影的深处几厘米处。

据恩里科·布鲁内蒂，斯特拉斯克莱德大学的研究员，梁VHEE的一个主要优点是，他们可以以更低的成本生产比质子和离子束。此外，VHEE光束可以到达根深蒂固的肿瘤，对组织不均匀性的敏感性降低。

质子或离子束的射程取决于它所穿过的集成物质。如果有空隙，气穴或密度可变的材料，则范围将不确定。但是，由于VHEE光束像光一样，它们将始终将剂量沉积在同一位置，因此对路径中的组织形态不敏感。” Brunetti解释说。

“我们开发的聚焦方法可通过将剂量集中到小体积中，使用VHEE精确定位深层肿瘤。该剂量可以控制，这可能在治疗抗辐射肿瘤方面具有优势。”他补充说。

布鲁内蒂(Brunetti)认为，将剂量沉积到一个小斑点上的能力也可以使超精密疗法受益，因为超精密疗法需要照射非常小的区域。另外，聚焦的VHEE光束的非常低的入射剂量以及很低的远侧和近侧剂量可能有助于最大程度地减少对健康组织和敏感器官的损害。

下一步

尽管这项新技术具有明显的优势，但Brunetti仍希望强调其在临床环境中的使用尚需时日-尚需开展大量工作以开发适合于临床应用的激光和加速器技术。

“我们的建议是要有耐心，并进行进一步的体外和体内研究以及最终的临床试验。我们已经使用VHEE光束进行了细胞存活研究，发现它们与X射线光子相似。对VHEE作为一种新形式的兴趣正在迅速增长，”他说。

“如果可以证明无论聚焦与否，VHEE光束都具有临床优势，那么研发将加速。将其开发到可以在临床上应用的强烈动力，因为这将挽救生命，而挽救的生命将转化为经济利益，”他补充说。

展望未来，研究人员的下一步是实施对称聚焦，并研究使用更大孔径的聚焦磁体以获得更小的焦点，以及探索使用永磁体聚焦光束。他们还将与洛桑的同事一起研究VHEE光束在深层中进行FLASH放射疗法(一种先进的技术，可在亚毫秒级的时间内提供高剂量率的辐射，以靶向肿瘤，同时保留健康的组织)。肿瘤。

该团队还计划使用Strathclyde的设施进行体外和体内研究，其中包括SCAPA的EPSRC资助的以研究为重点的医学束线。

Jaroszynski补充说：“最后，我们计划研究一种使用VHEE光束同时应用放射疗法并对肿瘤周围区域成像的新方法-这将提供实时成像功能，并且是一个非常新颖的想法。”