Το έργο LaPla-CRA-US στοχεύει στην προώθηση της έρευνας για τον καρκίνο μέσω της ανάπτυξης μιας νέας μεθόδου παραγωγής και ελέγχου υπερήχων υψηλής έντασης με χρήση τεχνολογίας λέιζερ. Αντί για τις συμβατικές πηγές υπερήχων, το έργο αξιοποιεί πηγές ήχου πλάσματος λέιζερ, οι οποίες δημιουργούνται όταν σύντομοι παλμοί λέιζερ αλληλεπιδρούν με το νερό. Οι πηγές αυτές μπορούν να παράγουν υπερηχητικά κύματα πολύ υψηλής ισχύος με εξαιρετικά ακριβή έλεγχο. Χάρη στις μοναδικές τους ιδιότητες, οι πηγές ήχου πλάσματος λέιζερ επιτρέπουν τη διαμόρφωση, την εστίαση και τη ρύθμιση των υπερηχητικών δεσμών με υψηλή ακρίβεια στον χώρο και στον χρόνο. Αυτό τις καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλες για ιατρικές εφαρμογές που απαιτούν στοχευμένη εναπόθεση ενέργειας, όπως η πρόκληση τοπικής θέρμανσης ή μηχανικής καταστροφής καρκινικών ιστών, με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων στους γύρω υγιείς ιστούς. Το έργο μελετά τη διάδοση των υπερηχητικών κυμάτων που παράγονται από λέιζερ στο νερό και σε προσομοιώματα ανθρώπινων ιστών. Μέσω του προσεκτικού ελέγχου των χαρακτηριστικών των υπερήχων, η έρευνα διερευνά πώς μπορούν να επιτευχθούν τοπικά θερμικά ή μηχανικά αποτελέσματα με ελεγχόμενο και επαναλήψιμο τρόπο. Ο απώτερος στόχος του έργου είναι η αξιολόγηση της δυνατότητας της τεχνολογίας υπερήχων βασισμένης σε λέιζερ να αποτελέσει μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στα υπάρχοντα ιατρικά συστήματα υπερήχων, προσφέροντας αυξημένη ακρίβεια και ευελιξία για μελλοντικές μη επεμβατικές εφαρμογές στην έρευνα και τη θεραπεία του καρκίνου.

Επιστημονικοί / Ερευνητικοί Στόχοι

RO1 – Εκτενής χαρακτηρισμός LPSS στο νερό

Ο RO1 επικεντρώνεται στη λεπτομερή πειραματική μελέτη πηγών ήχου λέιζερ-πλάσματος (LPSS) που παράγονται στο νερό με τη χρήση παλμών λέιζερ ns, ps ή fs. Εξετάζει πώς οι παράμετροι του λέιζερ, όπως η ενέργεια παλμού, το μήκος κύματος και οι συνθήκες εστίασης, επηρεάζουν το μέγεθος του πλάσματος, το προφίλ της ακουστικής εκπομπής και την παραγόμενη πίεση και συχνοτική κατανομή. Ο στόχος αυτός παρέχει θεμελιώδη κατανόηση της παραγωγής ήχου μέσω λέιζερ-πλάσματος και θέτει τη βάση για τον έλεγχο αυτών των πηγών.

RO2 – Χωρικός και φασματικός έλεγχος της ακουστικής εκπομπής LPSS

Ο RO2 στοχεύει στον έλεγχο του τρόπου με τον οποίο οι πηγές LPSS εκπέμπουν και διαδίδουν υπερήχους σε νερό και υλικά που προσομοιώνουν ιστούς. Το έργο διερευνά τη χρήση ακουστικών κατόπτρων, φακών, φίλτρων και τεχνικών ελέγχου του λέιζερ για την κατεύθυνση, εστίαση και διαμόρφωση της δέσμης υπερήχων και του φάσματος συχνοτήτων της. Τα αποτελέσματα επιτρέπουν ακριβή έλεγχο του εστιακού σημείου, της κατανομής έντασης και του φασματικού περιεχομένου, στοιχεία κρίσιμα για ιατρικές εφαρμογές.

RO3 – Θερμικές και μηχανικές επιδράσεις υπερήχων LPSS

Ο RO3 μελετά την αλληλεπίδραση υπερήχων υψηλής έντασης που παράγονται από LPSS με νερό και προπλάσματα ιστών. Η έρευνα εξετάζει τόσο θερμικές επιδράσεις, όπως η τοπική θέρμανση, όσο και μηχανικές επιδράσεις. Ο στόχος είναι η βελτιστοποίηση της μεταφοράς ακουστικής ενέργειας και η κατανόηση της επίδρασης των παραμέτρων των υπερήχων στα φυσικά αποτελέσματα.

RO4 – Επίδειξη εφαρμογών στην έρευνα καρκίνου

Ο RO4 επιδεικνύει τη χρήση υπερήχων που παράγονται από λέιζερ-πλάσμα σε ρεαλιστικά πειραματικά σενάρια σχετικά με την έρευνα του καρκίνου. Χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένα προπλάσματα ιστών, το έργο αξιολογεί ελεγχόμενες θερμικές και μηχανικές επιδράσεις, καθώς και την πιθανή επίδραση σε υγιείς ιστούς. Ο στόχος είναι να καθοριστεί η βιωσιμότητα, η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια της τεχνολογίας LPSS ως εναλλακτικής των συμβατικών συστημάτων HIFU.

Αναμενόμενος Αντίκτυπος

Επιστημονικός Αντίκτυπος

• Πρόοδος στην τεχνολογία HIFU βασισμένη σε λέιζερ
• Νέα γνώση στην αλληλεπίδραση λέιζερ-νερού και στον έλεγχο ακουστικών δεσμών
• Εναλλακτική λύση στα πιεζοηλεκτρικά συστήματα υπερήχων

Κοινωνικός Αντίκτυπος

• Συμβολή στην έρευνα μη επεμβατικής θεραπείας καρκίνου
• Βελτιωμένη ακρίβεια και ασφάλεια σε μελλοντικές θεραπευτικές τεχνολογίες

Το έργο αυτό χρηματοδοτείται από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ.) στο πλαίσιο της 3ης Προκήρυξης Ερευνητικών Έργων για την υποστήριξη μελών ΔΕΠ και ερευνητών.