成果详情 激光质子放疗系统体积小、成本低,有望成为下一代主流质子放疗设备。
与受限于真空击穿场强的传统加速器不同,激光加速器利用超高峰值功率的脉冲激光与靶材相互作用产生的瞬态高强度静电场加速质子。仅需数十微米就可将质子加速到百MeV量级。产生的质子束具有宽能谱、脉冲短(皮秒量级)、源尺寸小(微米)及能量转换效率高等特点。利用高磁场梯度的超小型脉冲磁铁对靶后质子流进行收集与控制,可获得与传统加速器品质相当的单能或宽谱质子束流。相比于大型的传统质子加速器,激光加速器在设备需求空间、安装难度、运行和维护成本、辐射防护难度、系统复杂程度等方面有显著优势。可以预期,基于激光加速器的激光质子放疗系统一旦研制成功,将可以安装在各大医院现场,大幅降低癌症患者的治疗费用,推动质子放疗在我国的普及。
采用激光加速器的激光质子刀,世界上目前还没有产品研发出来。通过目前已有的数据来看,相比于传统质子刀,激光质子刀所具有的优势有:
(1)作为激光加速器驱动源的高功率激光器体积小,能耗低,便于安装,无电离辐射,无需吊装设备即可安置在医院普通房间中。通过切换激光光路,可以方便地实现多诊疗室治疗。
(2)激光质子加速过程简单,设备复杂度低,设备维护人员需求小。质子源尺寸小(微米级),便于质子的收集和辐射屏蔽。
(3)脉冲式束流长度仅为纳秒量级,束流传输系统及治疗头可采用脉冲式磁铁元件,磁场梯度比恒流磁铁高一个量级,体积重量大大缩小。高强度脉冲式束流还可超声信号,结合超声成像技术可实现对辐照位置及剂量的精准评估。
(4)通过采用消色散束流系统,可充分利用激光离子源的宽能谱特性,无需散射即可使用宽谱束流直接治疗肿瘤。减少环境辐射和对病人的中子损伤。
(5)综合以上各方面优势,激光质子刀治疗费用预期可显著低于传统质子刀,可广泛投放于普通医院,造福更广大患者。
除了这些相对优势,我们更应注意到激光加速器的关键性部件如高功率激光器技术还在迅猛发展中,关键技术如激光加速技术与束流控制技术也有很大的提升空间。根据历史上工业用激光器的价格走势规律来推断,在需求被充分激活的前提下,未来超高功率激光器完全国产化后,作为激光加速器最昂贵部件的驱动激光器的价格有望大幅度下降。因此激光质子刀有成为下一代主流质子放疗设备的潜力。
知识产权情况 暂无
应用效果及市场前景 暂无
技术优势 暂无