تصویربرداری با اشعه ایکس مبتنی بر لیزر

اگر تصویربرداری پزشکی به اشعه X با شدت تابش سنکروترون دسترسی داشته باشد ، می توان قبل از متاستاز کردن ، تومورهای سرطان ریز را کشف کرد. اما شتابدهنده ذرات بسیار گران قیمت برای تولید تشعشع همزمان سنکرون لازم است. در نتیجه ، برای تصویربرداری با اشعه X عملی نیست ، که باعث می شود ساختارهای ریز بافت قابل رویت باشد.

دانشمندان مرکز کاربردهای پیشرفته لیزر (CALA) در پردیس تحقیقاتی گارچینگ در نزدیکی مونیخ آمادگی پذیرش این موضوع را ندارند. آنها در تلاش هستند تا با استفاده از لیزرهای پالس ultrashort (USP) در فضاهای جمع و جور ، اشعه ایکس با درخشش بالا تولید کنند و این امر را برای تشخیص پزشکی در دسترس قرار دهد.

لیزرهای پیشرفته دارای پالس های پتروتراوات ماوراء بنفش هستند

محورهای CALA دو سیستم لیزر هستند: لیزر پیشرفته تیتانیوم یاقوت کبود (AT-LAS) و ترکیب کننده میدان petawatt (PFS-pro). ATLAS 20 پالس لیزر femtosecond (fs) ارائه می دهد که به قله های قدرت تا سه پتاو (3 PW) می رسند. یک تقویت کننده از تالس باعث افزایش محتوای انرژی پالس های لیزر از 2.5 به 60 ژول می شود. محققان این انرژی بسیار متمرکز را در اتم های هیدروژن هدف قرار داده اند تا الکترون ها را از بین ببرند و تقریباً به سرعت نور آنها را تسریع کنند. اگر این الکترون های سریع با زمینه های قوی پلاسما ناشی از لیزر روبرو شوند ، نوسان را شروع می کنند و اشعه X درخشان را ساطع می کنند. در حالی که نور تقریباً 20 میکرون در 20 fs حرکت می کند ، الکترون ها می توانند در یک فضای بسیار کوچک آزاد و هیجان زده شوند. منابع تابش جمع و جور جمع و جور برای تشخیص بالینی قابل تصور است.

محققان مونیخ قبلاً توموگرافی هایی از موش ها ، حشرات و نمونه های استخوان انسان را انجام داده اند. علاوه بر ATLAS ، آنها همچنین از سیستم لیزر PFS-Pro استفاده کرده اند که پالسهای نور فوق العاده پورتهای فشرده از سه کانال خروجی را فراهم می کند. یکی از این منابع اشعه ایکس منبع SPECTER است. یک لیزر USP بسته الکترونی را در یک محفظه خلاء تولید می کند. دانشمندان هدف از قرار گرفتن پرتوهای لیزر دوم را دارند که باعث می شود الکترونها از نوسان پرتوهای اشعه X با تابش زیاد برخوردار شوند.

تشخیص و درمان مبتکرانه

در CALA ، محققان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ (LMU) ، دانشگاه فناوری (TU) و انستیتوی کوانتوم نوری ماکس پلانک به تسهیلات تست الکترون و تامسون (ETTF) دسترسی دارند. در این روش ، آنها می توانند الکترونهای آزاد شده را با لیزر ATLAS در طیف وسیعی از چندین ولت گیگا الکترون (GeV) تسریع کرده و با ترکیبی که قبلاً غیرقابل دستیابی از بار الکترونی و تراکم فضای فاز بود ، تیرهای الکترونی تولید کنند. اینها پیشرو پرتوهای پرتونگاری درخشان هستند که در آینده شفافیت کاملی به پزشکان می بخشد.

یک روش مهم تصویربرداری با اشعه X با فاز کنتراست است. به جای استفاده از جذب پرتوهای اشعه ایکس در بافت ، از این ویژگی از ویژگی موج موج فرکانس بالا ، نور بسیار موج کوتاه استفاده می شود: وقتی بافت با اشعه ایکس است ، حداقل شیفت خاص فاز وجود دارد. دانشمندان مونیخ با کمک گریتینگ نوری می توانند دقیقاً این تداخلات را تشخیص داده و آنها را با استفاده از نرم افزار تصویربرداری که تولید کرده اند ، به تصاویر بسیار دقیق با اشعه ایکس ترجمه کنند.

اما سیستم لیزر با تکنولوژی پیشرفته مونیخ می تواند کارهای بیشتری انجام دهد: ATLAS و PFS-pro همچنین به عنوان منبعی برای شتاب یون لیزر محور (LION) مورد استفاده قرار می گیرند ، که باعث می شود پرتوهای مؤثرتر از جهش های بدخیم بافت باشد. برای انجام این کار ، لیزرها یون ها را از فیلم مبتنی بر کربن رها می کنند و آنها را تا حدود یک دهم سرعت نور تسریع می کنند. این امر دانشمندان را قادر می سازد از اشعه یونی با لیزرهای USP استفاده کنند. اگر اشعه X و اشعه یونی ناشی از لیزر به عمل بالینی منتقل شود ، می تواند با تشخیص زودهنگام سرطان با تابش مستقیم و بدون نیاز به جابجایی بیماران در بین اوقات ، ترکیب شود. دستگاههای پرتونگاری با اشعه X و پرتوهای یونی مبتنی بر لیزرها می توانند بیماران را در زمان انتظار آزار دهنده و سفرهای آزار دهنده بین تشخیص و درمان نجات دهند.

تکامل فن آوری اشعه ایکس

این تنها محققان CALA نیستند که به فناوری خود اعتقاد دارند. کارشناسان فرانسوی USP در لیزر Amplitude نیز متقاعد شده اند که منابع اشعه ایکس مبتنی بر لیزر باعث تصویربرداری در تصویربرداری پزشکی می شوند. هنوز به زودی این اتفاق چه اتفاقی خواهد افتاد هنوز تولیدکننده هایی مانند Agfa Healthcare ، Canon و Philips در حال توسعه فناوری اشعه ایکس با سرعت نفس گیر هستند. به عنوان مثال ، جراحانی که دارای بازوهای C هستند می توانند در طول عمل به تصاویر با اشعه X با وضوح بالا از بیمار دسترسی پیدا کنند. و دستگاه های فشرده و بی سیم بیماران با اشعه ایکس ، که امکان حمل و نقل ندارند ، در تختهای بیمارستانی خود قرار دارند. به لطف تصویربرداری دیجیتال و انتقال داده های بی سیم ، سیستم های اشعه ایکس مانند این می توانند یکپارچه در دنیای داده کاملاً شبکه ای بیمارستانهای مدرن ادغام شوند.