與X射線相比，快速質子照射是一種更有效、侵入性更小的癌癥治療方法。然而，現代質子治療需要大型粒子加速器，這使得專家們開始轉向研究利用激光系統等來加速質子。這種系統被部署在臨床前研究，為最佳的放射治療鋪平了道路。
近日，由Helmholtz-Zentrum dresden - rosssendorf (HZDR)領導的一個研究小組宣布，他們已經成功地在動物身上測試了激光質子照射治療，該小組的研究成果發表在《自然·物理學》（Nature Physics）雜志上。
圖片來源：Nature Physics
放射治療，目前已經成為了主要的癌癥治療方法之一，它通常利用的是強烈的、聚焦的X光。這種方法比X射線治療更有效，創傷更小。這種方法特別適合于照射顱底、大腦和中樞神經系統的腫瘤。它也適用于兒童癌癥患者，可以減少潛在的長期影響。
但是，這種方法比X射線療法復雜得多，因為它需要精密的加速器設備來產生快速的質子，并將它們傳輸給患者。而基于激光的質子加速器，可以在這方面發揮決定性的作用。
HZDR的物理學家弗洛里安·克羅爾（Florian Kroll）博士表示，他們的方法是基于一種高功率激光產生強而極短的光脈沖，它被發射到一層薄薄的塑料或金屬箔上。這些閃光的強度將電子從金屬箔中震出，產生一個強大的電場，可以將質子束成脈沖，并將它們加速到高能量。有趣的是，這個過程的規模非常小，加速路徑只有幾微米長。
在進行參數優化后，HZDR團隊已啟動一系列關鍵的實驗，并首次使用激光加速質子對小鼠腫瘤進行控制照射。
激光加速質子脈沖的另一個特點是其強度：在傳統的質子治療中，輻射劑量是在幾分鐘內完成的；而基于激光的過程可以在百萬分之一秒內完成。這也意味著，未來這種快速照射方法可以在癌癥治療方面發揮充分優勢。
除了用于癌癥治療的高端質子/重離子治療設備，近年來對治療慢性疼痛的非侵入性激光的需求不斷增加，推動了市場的強勁增長，并推動了創新技術的發展。
在美國和整個歐洲進行了激光緩解疼痛的臨床試驗后，統計發現，目前已經有一系列FDA、英國和歐盟批準的基于激光的設備，用于緩解與與骨關節病、神經肌肉疾病、水腫/血腫、組織損傷等病理有關的疼痛和炎癥。
根據Future Market Insights的一份報告，預計全球低強度激光治療(LLLT)市場將從2020年的1.04億美元增長到2031年的1.654億美元，復合年增長率為4.4%。背后驅動因素包括慢性疾病的日益流行，對治療慢性疼痛的非侵入性設備的需求激增，技術創新，以及監管機構對創新產品更快獲得批準的樂觀情緒增強。
數據顯示，2021年德國在整個歐洲市場的占有率超過了24.3%，中國和印度在預測期內的年均復合增長率都將超過6%。
激光治療設備的核心技術是基于二極管激光器。由于它們相對簡單的單片半導體結構，它們能夠直接將電能轉化為激光。二極管激光器還提供了獨特的功率水平和波長可擴展性，結合起來就可以支持非常廣泛的醫療應用。
不同的半導體組成可以選擇波長，通過將輸出波長設置為藍色、綠色、紅色或近紅外和中紅外范圍來實現，這些通常能夠提供所需的功率水平。而且輸出波長的廣泛選擇允許激光系統被量身定制，以滿足每個特定應用的需求。
低強度激光治療(LLLT)
與專為切割或消融組織或摧毀腫瘤而設計的高功率外科激光不同，低強度激光治療(LLLT)是一種非侵入性治療，它通過刺激照射區域的身體自然愈合機制來發揮作用。然后身體組織會吸收光線釋放一氧化氮(NO)，促進血液流動和增加淋巴引流的關鍵信號分子，反過來抑制炎癥過程、減少腫脹，并刺激周圍組織的愈合。這種光屬于600-950納米波長的紅色和近紅外光譜，有時也被稱為冷光，因為它幾乎不產生熱量。低能量激光器通常處于0.1-0.5℃范圍，功率為50-500 mW，處理能量為每平方厘米幾焦耳，可以穿透0.5-2.0 cm2，表面處理面積為0.3-5 cm2。
高強度激光治療(HITL)
需要更大的穿透深度和更大的表面處理區域的治療通常需要高強度激光治療(HITL)，它使用每波長5到10 W的更高功率水平的激光，可以穿透高達10 cm2，并提供70到80 cm2的表面處理區域。然而，由于作用機制相同，LLLT和HITL都是無痛、無創的治療方法，不良反應很少或沒有。更重要的是，它們減少了對止痛藥物及其相關副作用的需求，在許多情況下，它們治愈了炎癥或疼痛的根源，而不是簡單地緩解疼痛。
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