Le groupe SIIM (Sources for Interaction, Imaging & Medical application) a été lancé fin 2018 pour aborder spécifiquement le développement d’applications médicales de sources secondaires laser. La métrologie des rayons X, le développement de techniques innovantes d’imagerie par rayons X, le développement de sources de protons à base laser pour la radio-biologie à haute dose font partie des sujets abordés par l’équipe. Les développements expérimentaux sont principalement menés à l’aide de l’infrastructure de la salle Saphir située dans le bâtiment N de LOA.
Personnel du groupe SIIM
Faits saillants de la publication récente
Au cours de la période 2013-2018, les chercheurs permanents du groupe ont publié 35 articles évalués par des pairs et 2 chapitres d’ouvrages. Il y a eu 1 prix scientifique et 5 doctorats. défenses.
- Amplification d’impulsions pulsées dans un laser à électrons libres XUV, David Gauthier, Enrico Allaria, Marcello Coreno, Ivan Cudin, Hugo Dacasa, Miltcho Boyanov Danailov, Alexander Demidovich, Simone Di Mitri, Bruno Diviacco, Eugenio Ferrari, Paola Finetti, Fabio Frassetto, David Garzella, Swen Künzel, Vincent Leroux, Benoît Mahieu, Nicola Mahne, Michael Meyer, Tommaso Mazza, Paolo Miotti, Giuseppe Penco, Lorenzo Raimondi, Primož Rebernik Ribič, Robert Richter, Eléonore Roussel, Sebastian Schulz, Luca Sturari, Cristian Svetina, Mauro Trovina, Mauro Trovina , Paul Andreas Walker, Marco Zangrando, Carlo Callegari, Marta Fajardo, Luca Poletto, Philippe Zeitoun, Luca Giannessi et Giovanni De Ninno, Nature Communication , 7, 13688 (2016)
- Etude expérimentale détaillée de l’accélération ionique par interaction laser d’un laser ultra-court intense avec un plasma sous-dense, Kahaly, F. Sylla, A. Lifschitz, A. Flacco, M. Veltecheva et V. Malka, Scientific Reports , 6: 31647 , DOI: 1.1038, srep31647 (2016)
- Persistance du champ magnétique entraîné par des électrons relativistes dans un plasma, Flacco, J. Vieira, A. Lifschitz, F. Sylla, S. Kahaly, M. Veltcheva, LO Silva et V. Malka, Nature Physics 11,409 (2015)
- Vers l’activation de la spectroscopie dépendante de l’hélicité femtoseconde avec des sources d’harmoniques élevées, G. Lambert, B. Vodungbo, J. Gautier, B. Mahieu, V. Malka, S. Sebban, P. Zeitoun, J. Lüning, J. Perron, A. Andreev , S. Stremoukhov, F. Ardana-Lamas, A. Dax, C. Hauri, A. Sardinha et M. Fajardo, Nature Communications 6, 6167, doi: 10.1038 / ncomms7167 (2015)
- Laser à rayons X doux femtoseconde de table par déclenchement d’ionisation par collision, Depresseux, E. Oliva, J.Gautier, F.Tissandier, J.Nejdl, M. Kozlova, G.Maynard, JP Goddet, A. Tafzi, A. Lifschitz , HT Kim, S. Jacquemot, V. Malka, K. Ta Phuoc, C. Thaury, P. Rousseau, G. Iaquaniello, T. Lefrou, A. Flacco, B. Vodungbo, G. Lambert, A. Rousse, P . Zeitoun & S. Sebban, Nature Photonics 9, 817–821 (2015) doi: 10.1038 / nphoton.2015.225
- Dynamique de gain dans un amplificateur laser à rayons X doux perturbé par un fort champ de rayons X injecté, Y. Wang, S. Wang, Oliva, L. Li, M. Berrill, L. Yin, J. Nejdl, BM Luther, C . Proux, TTT Le, J. Dunn, D. Ros, Ph. Zeitoun et JJ Rocca, Nature Photonics , 8, 381 (2014)
Récentes réalisations de recherche
Accélération et application des ions laser-plasma
La plupart des activités au cours des cinq dernières années ont été autour de l’infrastructure de la Salle SAPHIR, dont le laser est devenu entièrement disponible dans les spécifications à la fin de 2013.
Dans une première phase (2013-2015), tous les efforts ont été concentrés sur la construction d’une source de protons stable et entièrement caractérisée, de qualité suffisante pour l’application aux études de radiobiologie. Cette évolution a réussi grâce au débogage de la source laser (principalement l’amélioration du contraste, qui exigeait également un réglage précis de la source laser par ailleurs industrielle), de vastes campagnes d’expérimentation pour la définition des meilleures conditions d’interaction et l’ingénierie de solutions ad-hoc pour production automatique de paquets de protons à taux de répétition élevé (1 Hz). Cette phase a également coïncidé avec la fin naturelle du projet SAPHIR; la poursuite des activités a été possible grâce à la définition continue d’un cadre de collaboration entre la LOA et le propriétaire du système laser (AT).
La définition de conditions d’irradiation adaptées à la radiobiologie a favorisé la collaboration entre notre groupe et des acteurs de la physique médicale (CPO / Orsay), de l’oncologie (GR / Villejuif) et de la physique des accélérateurs (LNS-INFN / Catane). Ces activités (2015-2016) ont permis la production d’un faisceau de protons semi-automatique stable et caractérisé d’une énergie de 6 MeV. Une ligne de transport magnétique a été construite et configurée pour le transport des particules et la sélection d’énergie dans le faisceau. Le protocole de dosimétrie en ligne, validé en collaboration avec le CPO, indiquait une dose de 0,7 Gy par coup sur une surface de 2 cm ** 2 et un débit de dose de pointe (extrapolé) supérieur à 10 ** 9 Gy / s.
Au cours d’une troisième phase (2016-2018), le faisceau de protons SAPHIR a été largement utilisé pour des expériences de radiobiologie. Ceux-ci comprenaient des tests de survie et l’imagerie par fluorescence des cassures de brins d’ADN pour différents types de cellules (HCT116 p53 et WT, U87). Les données obtenues nous ont permis de déterminer l’efficacité biologique relative des protons accélérés par laser, qui délivrent la dose en paquets séparés à un débit de dose extrêmement élevé, contre les faisceaux de protons d’un synchro-cyclotron médical (CPO) et les rayons X de sources médicales conventionnelles (GR). .
Parallèlement aux activités expérimentales, nous avons développé la conception d’une installation dédiée à l’application du faisceau de particules produit par laser sur la chimie des rayonnements et la biologie des rayonnements, afin de mieux comprendre les phénomènes qui régissent la toxicité des rayonnements à ultra-haute dose. taux.
Métrologie des rayons X et application médicale des rayons X
L’équipe a travaillé sur des optiques XUV hautes performances: active Bender type Kirkpatrick-Baez avec Imagine Optic (conception et tests) et Schwarzschild (tests de longueur d’onde). Des études sont toujours en cours. Ce sont des expériences très complexes de mise en place. Cela nous a permis de progresser sur la métrologie XUV et par exemple de créer un nouveau capteur de front d’onde adapté à ses optiques XUV hautes performances. Ce capteur est désormais commercialisé par Imagine Optic.
Nous avons également travaillé sur la métrologie temporelle et proposé une nouvelle technique adaptée uniquement pour mesurer l’amplitude et la phase d’un laser XUV. Enfin, nous travaillons sur la transposition aux rayons X de la technique dite plénoptique, qui est une évolution des mesures de front d’onde pour recréer des images tridimensionnelles à partir d’une seule image (contre des milliers en tomographie). Ce travail n’est pas encore terminé. Cependant, nous avons beaucoup travaillé sur la tomographie aux rayons X pour la détection des nanoparticules dans les tumeurs et avons avancé ce thème.
Notre programme de recherche sur l’imagerie par rayons X à faible dose et les nanoparticules à grand nombre atomique (NP) à utiliser dans des thérapies innovantes contre le cancer a été lancé au cours de cette période d’évaluation. Nous avons pu obtenir des images de tomographie à contraste de phase à une résolution spatiale de 3 µm des organes de souris transgéniques injectés avec du gadolinium et des NP d’or ont été acquis à l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) ces 2 dernières années. Les composés à base d’or et de gadolinium sont de bons agents de contraste pour les rayons X, en raison de leur coefficient d’atténuation des rayons X élevé par rapport aux tissus et sont considérés comme des agents théranostiques prometteurs. Le traitement d’image permet de mettre en valeur plusieurs détails anatomiques. Cependant, la tomographie nécessite plus de 4000 projections pour un bon rendu 3D au prix d’une dose absorbée importante.