Nesen Kvebekas universitātes pētnieki veica veiksmīgu eksperimentu Kanādas Nacionālās pētniecības padomes (INRS) uzlabotajā lāzera gaismas avotu laboratorijā, demonstrējot daudzsološu ultraātrās lāzertehnoloģijas izmantošanu vēža staru terapijā.
"Mēs pirmo reizi esam pierādījuši, ka noteiktos apstākļos lāzera stars, kas ir cieši fokusēts uz apkārtējo gaisu, var paātrināt elektronus līdz MeV (mega-elektronvoltu) enerģijas diapazonam, kas ir tāda pati enerģija kā dažiem vēža starojumā izmantotajiem radiatoriem. terapija." teica Franois Légaré, INRS profesors un Advanced Light Sources Laboratory (ALLS) zinātniskais vadītājs.
Cieši fokusējot vairākus milidžoulu (mJ) līmeņa, femtosekundes (fs), infrasarkanā (IR) lāzera ciklus, pētnieki ģenerē relatīvi noskaņotus elektronu starus apkārtējā gaisā un sasniedz lielus devas ātrumus līdz pat 0.15 Grey. sekundē (Gy/s). Atmosfēras spiedienā to lāzera intensitāte sasniedza 1 × 1019 vatus uz kvadrātcentimetru (W/cm -2). Komanda izmērīja iegūto elektronu staru un atklāja, ka tā maksimālā enerģija ir līdz 1, 4 MeV.
Komanda parādīja, kā lāzera ciešais fokuss, garais viļņa garums un īsa cikla impulsa ilgums apvienojas, lai ierobežotu b-integrācijas ietekmi uz fokusēto lāzera staru. Lielais gaisa molekulu blīvums jonizējamā fokusa tilpumā ir pietiekams, lai izveidotu plazmu tuvu kritiskajam blīvumam, kas nodrošina augstu konversijas efektivitāti no lāzeriem uz elektroniem. Izmantojot trīsdimensiju daļiņu šūnu simulācijas, pētnieki apstiprināja, ka paātrinājuma mehānisms ir balstīts uz relatīvi, tam ir masas kustības potenciāls un tas teorētiski atbilst izmērītajām elektronu enerģijām un izkliedei.
Eksperimentālā iestatījuma shēma: ultraīsas infrasarkanās lāzera gaismas impulsi ir cieši fokusēti uz apkārtējo gaisu, radot lielu jonizējošā starojuma devu.
Pētnieki uzskata, ka šī lāzera vadītā elektronu avota spēks izriet no tā vienkāršības. Viena fokusēta optika apkārtējā gaisā var radīt elektronu staru, kas mazāk nekā sekundē piegādā cilvēkam, kas stāv viena metra attālumā, starojuma devu. Nav nepieciešami sarežģīti iestatījumi vai vakuuma kameras, tāpēc šī metode ir piemērota daudziem apstarošanas lietojumiem, samazinot prasības īpaši ātru MeV elektronu avotu ražošanai.
Lāzertehnoloģiju sasniegumi ir ļāvuši lāzera modināšanas lauka paātrināšanai - procesu, kas paātrina elektronus līdz lielām enerģijām ļoti īsā laika periodā, ģenerējot plazmu - strādāt vidējā infrasarkanajā starā ar mJ klases sistēmām, lai radītu lielas MeV elektronu daļiņu plūsmas. ko var izmantot radiobioloģijas pētījumos. Tomēr šiem augstas enerģijas lāzera vadītajiem elektronu avotiem ir nepieciešamas sarežģītas un apjomīgas iekārtas vakuuma kamerās, kas ierobežo piekļuvi staram.
Lāzera vadīti MeV elektronu avoti varētu nodrošināt jaunas pieejas vēža ārstēšanai, piemēram, FLASH staru terapija, metode audzēju ārstēšanai, kas ir izturīgi pret parasto staru terapiju. Izmantojot FLASH terapiju, lielas starojuma devas var tikt piegādātas mikrosekundēs, nevis minūtēs. Šis piegādes ātrums palīdz aizsargāt veselos audus, kas ap audzēju, no starojuma ietekmes. Lai gan FLASH ietekme nav pilnībā izprotama, zinātnieki uzskata, ka FLASH var izraisīt veselīgu audu ātru deoksigenāciju, samazinot audu jutību pret starojumu.
Izmērītā starojuma dozas jauda (logaritmiskā skala) kā funkcija no attāluma no fokusa punkta trīs dažādām lāzera impulsu enerģijām.
"Neviens pētījums vēl nav spējis izskaidrot zibspuldzes efekta būtību," sacīja pētnieks Simons Vallières, "Tomēr FLASH staru terapijā izmantotajam elektronu avotam ir līdzīgas īpašības kā tam, ko mēs ģenerējam, intensīvi fokusējot lāzeru uz apkārtējo gaisu. Kad starojuma avoti tiks labāk kontrolēti, turpmākie pētījumi ļaus mums izpētīt zibspuldzes efekta cēloņus un galu galā nodrošināt labāku staru terapiju vēža slimniekiem.
Pētnieki uzskata, ka viņu pieejas mērogojamība palielināsies, turpinot attīstīt augstas vidējās jaudas lāzerus mJ klasē. Lāzera avotu straujā attīstība, kas vērsta uz palielinātu pieejamo impulsu enerģiju un atkārtošanās ātrumu, varētu ļaut INRS metodi paplašināt līdz lielākai elektronu enerģijai un lielākai devas ātrumam.
Pētnieki arī uzsvēra drošības nozīmi, strādājot ar lāzera stariem, kas ir cieši vērsti uz apkārtējo gaisu. Kad mērījumi tika veikti starojuma avota tuvumā, komanda novēroja elektronu starojuma dozu ātrumu, kas bija trīs līdz četras reizes lielāks nekā parastajā staru terapijā.
"Novērotā elektronu enerģija (MeV) ļauj tiem pārvietoties vairāk nekā 3 metrus gaisā vai dažus milimetrus zem ādas," sacīja Valjērs, "kas rada starojuma iedarbības risku lāzera gaismas avota lietotājiem. šis radiācijas apdraudējums ir iespēja ieviest drošāku praksi laboratorijā."
