癌 症是危害人类健康的主要杀手。仅2008年一年全世界出现1200万新增病例，并且死亡病例超过700万。根据世界卫生组织的数据，癌症死亡人数占了每年死亡人数的13%，是发达国家的第一死亡诱因和发展中国家的第二死亡诱因。中国每年的癌症新增病例为240万例。目前结合外科手术和化学疗法是医治癌症的主要手段之一。
几种放疗技术的比较
放疗是将一束放射性能量束聚焦在癌细胞上，以防止其扩散：它通过产生自由辐射，最终破坏癌细胞的DNA结构，因此治疗分为多个疗程以防止复发。根据所使用的能量粒子的类型，这个技术可以分为好几个种类。我们首先将以传统的X光（由光子构成）为基础的化疗和使用能量粒子（质子、重离子、中子等）的化疗区分开来。
第一种放疗技术是最古老也最广为人知的技术。其最主要的优点在于其操作成本的低廉，比价格最低的其他放疗技术还便宜两到三倍。第二种放疗技术集中了不同粒子的不同方案，但是根据粒子的特性，目前在国际科研领域最引入瞩目的还是质子和碳离子放疗技术。事实上，与X光在穿透时会破坏身体组织并且会在光子束进入点的皮肤表面释放最大的能量不同，质子和碳离子会固定在靶区域释放其的最大能量，并且其打入的深度与其初速度成比例。
这种物理现象目前普遍被叫做“Bragg Peak（射程）”。通过调整这个“射程”的位置，可以在某个精确的位置产生均匀的能量照射，从而减少附近健康组织的受量。这样还可以限制机体器官受损和避免引发转移癌的风险。与X光不同的是，质子和碳离子还可以限制传统放疗中的附带损伤。
目前的研究是将这些粒子放疗技术和传统的放疗技术结合起来，质子可以用于治疗相对分布较大的癌症，并且加入碳离子后可以应用于某些典型的抗辐射的区域，如癌细胞转移区域或者有风险的淋巴结。
事实上碳离子的生物相对效率（测量电离辐射对细胞的破坏效率）是光子和质子的3倍。在这种情况下，受照射细胞的DNA就会碎裂成多片，无需供氧并且很难进行修复。这样可以减少病人的规定放疗次数，并且对位于乏氧区域即抗辐射区域的肿瘤具有特殊的意义。但是在由于精度或者成像系统的速度限制造成的肿瘤定位错误的情况下，健康的组织也会受到更严重的破坏。由于通过碳离子治疗的病人只有5000人，目前还在进行更进一步研究其优点，以便更精确地掌握该项技术并且推广其应用。
质子放疗是一项已经通过了实效验证的治疗方法，全世界已经有超过55000名病人接受了质子放疗。事实上质子的生成是通过小型加速器释放产生的，这些加速器的价格只是那些用于生成碳离子的加速器价格的三分之一。目前质子治疗已成为多项科学研究的主题，并且被推荐用于进行大部分的癌症治疗，尤其是位置较深并且被器官和组织包围的肿瘤，因为这些器官组织的功能不能在治疗中受到任何损伤与病变（例如脑部、眼部和前列腺肿瘤）。其首要的应用主要是儿科病例，在这些病例中精确性是至关重要的：否则会对生长、智力、皮肤、内分泌功能和生育功能造成等长期性的病变，对年轻患者的损失尤大。
目前使用质子放疗的障碍主要集中在必要的基础设施财产投资上，这些基础设施体积和耗资巨大：质子是由250吨的回旋加速器产生的，粒子束是通过150吨的放射臂（转向机头）成型的。因此建筑的占地面积至少为5000平方米，并且墙面和天花板都要做实心墙块的防射线屏蔽处理。目前一个带有3个治疗大厅的医疗中心的投资大于1亿欧元。
因此目前还不可能在医院内设置治疗中心。我们预计全世界至少有15%的癌症病人需要接受质子治疗，但目前可以受益的只有千分之一。这一医疗需求勾勒出了目前国际科学界寻找新的产生质子战略的意义，并且这项研究获得了多个国家的支持。
新的质子生成策略
十多年来，随着超高速高强度激光技术的出现和等离子物理研究方面的进展，新的质子生成策略的技术正在研究中：通过在极端的时间内集中向指定靶区发射高强度的高能激光脉冲，可以产生具有方向性的质子束，这些质子束在某些情况下可以代替传统的粒子加速器。
通过数字模拟显示了适合癌症治疗的质子能量（70-240MeV）， 在最低的频率的要求下（每秒 10次放射），将很快可以通过提高新的激光设备链的性能得到。2009年，一台由法国Amplitude Technologies（振幅科技）公司所研发的功率为100TW、频率为10Hz的激光发射设备，在100fs的脉冲时间内，在位于德国的Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗森道夫）研究中心试验出了生成能量为17MeV的质子束。
这些令人鼓舞的结果说明了目前真正的挑战不仅在于生成符合需求的能量粒子，而是能够生产出医用粒子束和组装更为紧凑的设备（尺寸、电功率、成本、辐射安全等），这是目前唯一能够在医疗机构设置和普及质子治疗的方法。在美国、日本、加拿大、韩国等多个国家，目前也有多个项目在开展，旨在开发出通过激光进行质子加速的方案。
在放疗领域，正针对这项生成粒子的方法的多个方面进行研究：
● 激光脉冲的特性：脉冲的持续时间和能量以及发射的质子数的参数时间差。
● 照射靶的特性、质子源：性质、厚度和形状对质子束的产生具有很大的影响。
● 医用质子束的成型，从靶区域到病人：滤波、屏蔽、运输、清扫等。
● 质子束的医疗应用：质子束的稳定性、能谱、角度变化、强度和质子束的频率应该根据治疗的要求进行变化。
SAPHIR项目
在法国，2008年开始了一个通过激光将质子放疗产业化的新技术合作项目，该项目被称为“SAPHIR”，即“蓝宝石”，用于质子放疗中通过高强度激光生成的加速质子源。这个项目的目的是在五年内证明以激光技术为基础的紧凑型质子放疗设备的可行性。这项目的核心是技术-成本共赢可行性的研究。
Amplitude Technologies（振幅科技）公司为启动SAPHIR项目，在法国国内筹措了1700万欧元的投资。其目的是开发必要的激光源，保证项目的发展方向并且协调各方项目合伙人的行动。
在第一阶段（2009-2012年），研究通过激光产生具有医用价值的质子束的方法可行性。更明确的说，就是获得能量达到150Mev的质子束。目前在法国原子能委员会的核研究中心（Saclay CEA）的实验室，已经通过现有的设施进行了第一批试验。此外，振幅科技公司和应用光学实验室已各自开发高频高反差的激光源和专用于获得所需要的质子能量的试验性基础设备的同时，CEA/DAM也已完成理论工作的研究。
第二阶段（2012年之后），通过追加的资金，在将这些新设备产业化之前，优先将精力投入到新产品的市场化阶段。
这个项目的总体目标是实现用掺钛蓝宝石激光器生成的质子疗法的技术与经济可能性，主要用于科研尤其是医学领域的高强度激光项目。具体来说，其目标就是开发出一套激光质子疗法的实物示范演示样机与设定使用方法；将设立一个医疗中心的设备成本降低到1000万欧元，并且将设备的体积大小减少到室内占地1000平米。
感谢振幅科技公司以及毕达哥拉斯法国光学商务中心提供本文资料。