近日，我院万阳教授团队联合清华大学、中国科学院高能所、郑州大学第一附属医院等单位，在超高能电子放疗研究方面取得重要进展。相关成果发表在国际知名期刊《Nature Communications》。我院万阳教授和中科院高能所/清华大学鲁巍教授为共同通讯作者，郑州大学为通讯单位。

当前，癌症治疗仍是全球面临的重大挑战，放疗是重要的治疗手段之一。传统放疗技术，如高能X射线放疗，在提高肿瘤剂量精准度的同时，仍难以避免对周围正常组织的辐射风险；质子治疗虽剂量适形性好，但加速设备庞大昂贵，且剂量分布受组织密度影响。超高能电子放疗技术（对应能量为50 - 300 MeV范围的电子束）因其相对于传统高能X射线更好的剂量沉积特点、相对于质子/重离子更简便灵活的束流操控能力、以及高瞬态剂量率的产生能力等优异特性，逐渐受到国内外放疗学界的广泛关注。目前，超高能电子束的主流产生方案依然依赖于传统射频加速器。此类加速器由于加速能力受限于材料击穿风险，设备长度需要数十米，体积庞大。近年来，基于激光尾波加速技术的新型电子加速器技术，因其超过传统加速器1000倍以上的加速梯度，可以将加速器规模缩小到桌面尺度，从而使得超紧凑型高能电子放疗设备装置成为可能。

在此背景下，该团队成功研发出基于激光尾波加速技术的超高能电子放疗（简称“激光电子刀”）原型装置。该原型装置具备多个显著优势：1）结构紧凑，占地面积小于5平方米，便于与现有医疗设施整合；2）运行稳定性高，可连续稳定运行一个月，并能实现10小时不间断工作；3）剂量输送精准，能达到预设的均匀剂量分布，且指向抖动小于亚毫米级。科研团队利用该原型机开展了小鼠体内肿瘤照射实验，结果显示，经过5.8±0.2 Gy剂量照射后，小鼠肿瘤生长得到显著控制，疗效与使用等效剂量的商用X射线放疗设备相当。

该研究成果对于放疗领域新设备研发意义重大，不仅展示了激光加速高能电子束在紧凑型原型机上的稳定运行，还通过体内实验验证了其对肿瘤生长抑制的显著效果，为基于激光加速器的放射肿瘤学转化研究提供了重要平台。未来，联合团队计划深入探究激光电子刀相关生物物理机制，推进系统工程化发展，包括融入机器学习算法和探索创新诊断方法来进一步优化束流品质，并增加多角度治疗能力，以充分发挥激光电子刀治疗深部肿瘤的优势，减少对健康组织的辐射损害。

该研究得到了中国科学院战略性先导B类科技专项、国家自然科学基金等多项基金的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57122-z

图1. “激光电子刀”概念图