Een uitdaging bij optische beeldvorming is om goed het binnenste van weefsel te kunnen bekijken. Tot nu toe bleef het zicht meestal beperkt tot een millimeter. Onderzoekers van de TU Delft hebben dat bij zebravissen weten op te voeren tot een vier keer grotere diepte. Deze doorbraak, waar tien jaar aan is gewerkt, kan bijvoorbeeld tumoren beter in beeld brengen.
“Het gaat erom hoe diep je in weefsel, de structuren ervan kan bekijken,” legt Jeroen Kalkman uit namens het Delftse onderzoeksteam. “De belangrijkste techniek waarop we ons baseren, is de optische coherentietomografie, OCT. Deze is al vrij oud, begonnen in 1991, en wordt succesvol toegepast in de oogheelkunde. Bij OCT wordt een scan gemaakt van de structuren van het oog. We wilden kijken hoe ver we kunnen komen. Of we een diepere weergave konden krijgen, beeldvormen.”
OCT wordt gebruikt door oogartsen om het netvlies in beeld te brengen. Veel commerciële partijen maken al OCT-apparatuur. OCT is te vergelijken met akoestische echografie, maar er wordt licht gebruikt in plaats van geluidsgolven om een hogere resolutie te krijgen.
Kijken in de mist
Optische beeldvorming, diep in het weefsel, wordt beperkt door lichtverstrooiing. Je kan het vergelijken met kijken in de mist, verheldert Kalkman. De verstrooiing vermindert beelddiepte, contrast en ruimtelijke resolutie. Een oplossing voor optisch verder kunnen doordringen, is daarom het wegnemen van die verstrooiing.
De methode om verder te kunnen kijken is een aanpassing van de bestaande OCT-techniek. “In plaats van licht te reflecteren, zoals gebruikelijk, sturen we het licht door het weefsel heen. Het doorgelaten licht vang je op. Als je kijkt naar het licht dat recht op je af komt, dan weet je waar het is geweest. Maar als het licht is verstrooid, zoals bij kijken in de mist door allemaal druppels, dan weet je niet meer waar het is geweest en krijg je geen scherp plaatje.”
Het opvangen van licht gebeurt door een sensor aan de andere kant van het weefsel. Er kan worden vastgesteld hoe snel welk licht arriveert. “Door het ‘snelle’ licht, het licht dat recht op je af komt, te scheiden van het ‘langzame’ licht, dat wat verstrooid is, kan het misteffect worden weggehaald en kunnen scherpe beelden worden verkregen.”
Net als röntgen CT-scan
Een nadeel van het meten met doorgelaten in plaats van gereflecteerd licht is dat er geen directe ruimtelijke 3D-informatie wordt verkregen. Daarvoor heeft de Delftse onderzoeksgroep een oplossing gevonden door de inzet van computertomografie.
“Computertomografie is vooral bekend door de röntgen CT-scan. In plaats van röntgenstraling wordt er nu met zichtbaar licht een 3D-beeld met een computer gemaakt.”
“We maken gebruik van een soortgelijk algoritme en dat maakt uit de informatie van de doorgelaten lichtgolven een dwarsdoorsnede van het object. In tegenstelling tot reflectie zijn voor dit algoritme nu alle beelden gemeten vanuit alle hoeken tegelijk nodig. Dit maakt de beeldvorming een stuk gecompliceerder.”
Het uitproberen bij aquariumvissen was een logische keuze. “We werken met zebravissen omdat ze bij biologen populair zijn als model om proeven mee te doen. De aquariumdieren konden worden verkregen door samenwerking met het Erasmus MC, waar ze voor lopend onderzoek worden ingezet.”
Ontwikkeling tumoren en biopten
Zebravissen worden bijvoorbeeld veel gebruikt voor onderzoek naar ziektes. “Door deze techniek kun je de ontwikkeling van ziekten beter volgen. Je kan bijvoorbeeld de effecten van geneesmiddelen op de ontwikkeling van tumoren beter monitoren door het verbeterde zicht op weefsel.”
“De andere vooruitgang is het nut voor driedimensionale beeldvorming van biopten. Biopten zijn kleine stukjes menselijk weefsel die medici gebruiken voor diagnose. De huidige praktijk kan met de Delfste aanpak mogelijk sneller en nauwkeuriger worden. ”
Van het allereerste begin tot de recente publicatie over de Delftse methode in Optica duurde tien jaar. Kalkman: “Dat is de tijd tussen het idee voor verbetering van de techniek tot op heden. Door allerlei redenen, zoals het financieel rond krijgen en specifieke vragen oplossen, heeft het een tijdje geduurd.”
De volgende stap is het automatiseren, sneller maken van de methode, die praktisch toe te passen en die weten te ‘verkopen’. Kalkman licht toe wat daarmee wordt bedoeld. „Het is een fundamentele vernieuwing die nu nog moet worden omgezet naar een toepassing in de praktijk. Het gaat niet alleen om beeldvormingstechnieken. Ook gebruikers zoals farmaceuten moeten willen omschakelen.”
Farmaceuten moeten nu willen
“Zoals naar het gebruik van vissen in plaats van muizen. Die stap is moeilijk als ze aan muizen zijn gewend. Dat aan de man brengen is tegenwoordig belangrijk in het onderzoek. Voor toepassing is het vaak lastig iets fundamenteel nieuws te proberen. Het is een beetje het kip en het ei probleem, als ze niet weten of het werkt. Je moet er als onderzoeksgroep echt mee naar buiten treden.”
De bereikte vier millimeter ‘diep’ kijken, is niet absolute noodzaak, maar meer een drijfveer geweest hoe ver het onderzoek van TU Delft kan komen. “De motivatie was echt om de grens op te zoeken, kijken wat mogelijk is. Vergelijk het maar met topsport. Die vier millimeter gaan we niet veel verbeteren, daarvan ben ik overtuigd.”
Ook interessant: Analyse van een bodyscan kan met AI straks in enkele seconden
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
