บาคาร่าเว็บตรง เครื่องเร่งพลาสมาด้วยเลเซอร์ปลดล็อกศักยภาพในการศึกษารังสีชีววิทยาด้วยโปรตอน

บาคาร่าเว็บตรง โปรตอนเร่งด้วยเลเซอร์ การวิจัยเชิงแปล: นักวิจัยได้ทำการฉายรังสีควบคุมครั้งแรกของเนื้องอกในหนูโดยใช้โปรตอนเร่งด้วยเลเซอร์ เครื่องเร่งอนุภาคด้วยเลเซอร์พลาสม่า (LPA) ขับเคลื่อนอนุภาคให้มีพลังงานสูงในระยะทางสั้น ๆ โดยใช้แสงเลเซอร์ที่สั้นและรุนแรง เครื่องเร่งอนุภาคเหล่านี้สามารถจัดหาลำอนุภาคคุณภาพสูงสำหรับการศึกษาทางรังสีชีววิทยา 

ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดี

ขึ้นว่าการแผ่รังสีนำไปสู่ความเสียหายของ DNA ได้อย่างไร และท้ายที่สุด ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษามะเร็งด้วยอนุภาค ลำโปรตอนที่ผลิตขึ้นโดยการเร่งด้วยเลเซอร์พลาสม่ามีการกระจายพลังงานในวงกว้าง สเปกตรัมพลังงานที่สลายตัวแบบทวีคูณ และถูกรวมกลุ่มเป็นพัลส์ของอนุภาคที่มีโปรตอนมากถึงหนึ่งล้านล้านตัว การผสมผสานคุณสมบัติของลำแสงที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ LPA ของโปรตอนเหมาะสำหรับการศึกษาทางรังสีชีววิทยาที่มีปริมาณรังสีสูงมาก ก่อนที่นักวิจัยจะทำการศึกษาเหล่านี้ พวกเขาต้องแสดงให้เห็นว่าสามารถควบคุมพารามิเตอร์ลำแสง LPA ได้

ด้วยเหตุนี้Florian Krollนักฟิสิกส์จากInstitute of Radiation Physics of Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfเพื่อนร่วมงานของเขาและผู้เชี่ยวชาญจากOncoRay Dresdenใช้เวลาสองสามปีที่ผ่านมาในการทดสอบแพลตฟอร์ม LPA ของโปรตอนที่ซับซ้อน แพลตฟอร์มดังกล่าวได้แสดงความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาสองปี ให้การกระจายปริมาณยาที่สอดคล้องกับแบบจำลอง และในการศึกษานำร่องในหนูทดลอง แสดงให้เห็นถึงการส่งปริมาณยาที่แม่นยำและการวัดปริมาณรังสี

แพลตฟอร์มตัวเร่งพลาสมาเลเซอร์ใหม่

แม้ว่าความก้าวหน้าในการเร่งพลาสมาด้วยเลเซอร์จะเกิดขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ความท้าทายหลักประการหนึ่งยังคงมีอยู่: ตัวเร่งพลาสมาด้วยเลเซอร์และอนุภาคที่เร่งความเร็วนั้นยากที่จะทำให้เสถียรและควบคุม

วิธีการ LPA ที่ Kroll และเพื่อนร่วมงานของเขานำไปใช้เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือนี้ขึ้นอยู่กับเลเซอร์กำลังสูง โดยเน้นไปที่เป้าหมายพลาสติกที่บาง (220 นาโนเมตร) อย่างแน่นหนา

Kroll ผู้เขียนคนแรกของผล การศึกษาNature Physicsอธิบายว่า “ความเข้มของเลเซอร์มีมหาศาลมากจนเมื่อมันกระทบกับเป้าหมาย มันจะทำให้เกิดไอออนของวัสดุเป้าหมายทันที และเปลี่ยนเป็นพลาสม่า”

อิเล็กตรอนของเป้าหมายถูกดึงออกมาจากแกนอะตอมของพวกมัน อิเล็กตรอนของเป้าหมายจะถูกผลักผ่านพลาสมาด้วยเลเซอร์ อิเล็กตรอนบางตัวไม่สามารถหลบหนีจากเป้าหมายที่มีประจุบวกในขณะนี้ ทำให้เกิด “ปลอก” ที่ด้านหลังของเป้าหมายและสร้างสนามไฟฟ้ากึ่งสถิตที่ “ดึง” ไปที่ไอออนเป้าหมาย สนามนี้จะเร่งไอออนให้อยู่ในช่วงเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV)

การให้ยา การจ่ายยา: เลเซอร์ Draco PW กระทบกับเป้าหมายและขับเคลื่อนแหล่งโปรตอน LPA แบบบรอดแบนด์ โปรตอนจะถูกส่งผ่านช่องเลือกพลังงาน (ESA) และตรวจสอบลำแสงเคลื่อนที่และเครื่องวัดปริมาณรังสีที่ติดตั้งที่ปลายน้ำ ก่อนที่จะส่งปริมาณรังสีไปยังปริมาตรเป้าหมายการวางแผน (PTV) ในเมาส์

นักวิจัยปรับรูปร่างของลำแสงโปรตอน

ที่เกิดขึ้นด้วยเทคนิคต่างๆ รวมถึงลำแสงโซลินอยด์สองจังหวะแบบพัลซิ่งที่มีรูรับแสงและตัวกระจัดกระจาย เพื่อปรับแต่งการเร่งความเร็วของโปรตอน พวกเขาปรับแต่งรูปร่างพัลส์เลเซอร์ชั่วคราว (ผลการศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า”รูปร่างชั่วคราว” ของพัลส์เลเซอร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเร่งโปรตอน) แพลตฟอร์ม LPA สร้างโปรตอนที่มีพลังงานตัดสูงถึง 70 MeV และแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของตัวเร่งความเร็วที่เสถียร รวมถึงการส่งมอบการจ่ายยาตามปริมาตรที่กำหนดในแต่ละวันโดยมีอัตรากำไรขั้นต้นระดับเปอร์เซ็นต์

ในการทดลองนำร่องด้วยรังสีชีวภาพ นักวิจัยฉายรังสีเนื้องอกของมนุษย์บนหูของเมาส์โดยใช้การฉายรังสีโปรตอน LPA แบบหลายช็อต การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิดโปรตอนทางคลินิก หรือการฉายรังสีเอกซ์ขนาด 200 kV มาตรฐาน การเปรียบเทียบการวัดปริมาณรังสีและมาตรการควบคุมเนื้องอก (การออกแบบการศึกษายังรวมถึงการควบคุม และกลุ่มเสแสร้ง)

แม้ว่าจะสังเกตเห็นผลกระทบจากการแผ่รังสีต่อการเติบโตของเนื้องอก แต่การศึกษานำร่องมุ่งเน้นไปที่การแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการศึกษาในสัตว์ทดลองและเพื่อทดสอบขีดจำกัดของการส่งขนานยา

“เราไม่ต้องการที่จะคาดเดาเกี่ยวกับการใช้งานทางคลินิกของลำแสงโปรตอนที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์” Kroll กล่าว “ในช่วงแรก ๆ ของการเร่งความเร็วด้วยเลเซอร์ มีการกล่าวอ้างมากมายเกี่ยวกับเครื่องบำบัดด้วยเลเซอร์ที่ปฏิวัติวงการ ขนาดกะทัดรัดและราคาถูก ในท้ายที่สุด ทุกอย่างกลับกลายเป็นว่าซับซ้อนเกินคาด อย่างไรก็ตาม เครื่อง LPA นั้นเป็นเทคนิคการใช้คันเร่งเสริมที่น่าสนใจสำหรับไซโคลตรอน ซินโครตรอน และอีกมากมาย”

อนาคตของ LPA: FLASH และอื่นๆ

นักวิจัยบางคนทราบว่าการ ศึกษา Nature Physicsเป็นความก้าวหน้าสำหรับชุมชนโปรตอน LPA และขณะนี้เครื่องเร่งพลาสมาด้วยเลเซอร์พร้อมสำหรับการวิจัยเชิงแปลแล้ว การศึกษากำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับแหล่งกำเนิด LPA ของโปรตอน นักวิจัยเหล่านี้กล่าว และปูทางสำหรับการศึกษาต่อไป เช่น การศึกษาผลกระทบของ FLASH บาคาร่าเว็บตรง