Een nieuwe ultrasone techniek biedt een niet-invasieve manier om de botstructuur op microschaal te beoordelen. Onderzoekers hopen de techniek te verfijnen voor gebruik bij het beoordelen van het risico en de behandeling van osteoporose.

Onderzoekers hebben ook aangetoond dat een variatie van dezelfde techniek onderscheid kan maken tussen tumoren en gezond weefsel in een onderzoek met laboratoriumratten.

"Een ding dat opwindend is aan deze technieken, is dat we een van de tekortkomingen van echografie hebben overgenomen en in ons voordeel hebben omgezet, " zegt Marie Müller, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University en corresponderende auteur van artikelen over de twee onderzoeken.

De tekortkoming is het feit dat echografie ons geen duidelijke beelden kan geven bij gebruik in complexe media, zoals bot. Dat komt omdat de ultrasone golven overal heen stuiteren in deze complexe omgevingen, waardoor het onmogelijk is om te berekenen hoe ver ze hebben gereisd.

"In been, bijvoorbeeld, geluidsgolven reizen door de vaste delen van het bot en verspreiden zich wanneer ze een porie raken, " zegt Muller. "We ontdekten dat dit een nuttige manier is om de microstructuur van een bot te beoordelen."

Muller en haar medewerkers theoretiseerden dat door te kijken naar de snelheid waarmee ultrasone golven uit een botplaats diffunderen, ze kunnen zowel het aantal poriën in een bepaald gebied - of poriedichtheid - als de grootte van die poriën beoordelen.

"Het proof-of-concept paper dat we zojuist hebben gepubliceerd, vindt dat er een consistente correlatie is tussen de diffusieconstante en de poriegrootte en -dichtheid van het bot, " zegt Muller. "Echter, het is vermeldenswaard dat dit werd gedaan in een rekenmodel. We doen momenteel een in vivo onderzoek met menselijke patiënten en een in vitro onderzoek met menselijk bot.

"We zijn minstens jaren verwijderd van klinische toepassingen, maar als de resultaten stand houden, we hebben misschien een manier om patiënten regelmatig te controleren om de gezondheid van het bot te bepalen. Dat betekent dat mensen hun potentiële risico op osteoporose kunnen volgen zonder zich zorgen te hoeven maken over de stralingsblootstelling die gepaard gaat met röntgenstralen. In aanvulling, de techniek kan onderzoekers en zorgverleners helpen om het effect van de behandeling van osteoporose te bepalen."

Omdat het onderzoek gaande is, er zijn geen duidelijke protocollen opgesteld, waardoor het moeilijk is om de kosten in te schatten, hoewel het waarschijnlijk vergelijkbaar is met bestaande toepassingen voor echografie, en veel goedkoper dan CT-scanning met hoge resolutie.

Muller leidde ook een onderzoek waarbij een bijna identieke techniek werd gebruikt om te proberen onderscheid te maken tussen gezond zacht weefsel en solide tumoren in een rattenmodel.

De tumorstudie maakte gebruik van microbellen die in het vaatstelsel van laboratoriumratten werden geïnjecteerd. Omdat bellen ervoor zorgen dat ultrasone golven zich verspreiden - net als poriën in bot - kan echografie veranderingen in de dichtheid van microbellen volgen terwijl ze door het netwerk van bloedvaten van een rat reizen.

Omdat tumoren netwerken van bloedvaten creëren die dichter en complexer zijn dan in gezond weefsel, onderzoekers ontdekten dat ze tumoren konden identificeren door te zoeken naar gebieden waar de microbellen zich langzaam verspreidden.

"We zijn enthousiast over deze bevinding, en hopen financiering te krijgen waarmee we verder kunnen met deze onderzoekslijn, ' zegt Müller.

Het artikel over de microstructuur van botten, "Akoestische diffusieconstante van corticaal bot:numerieke simulatiestudie van het effect van poriegrootte en poriedichtheid op meervoudige verstrooiing, " werd 8 augustus gepubliceerd in de Tijdschrift van de Acoustical Society of America .

Het artikel over tumoren en zacht weefsel, "Ultrasone meervoudige verstrooiing met microbellen kan in vivo onderscheid maken tussen tumor en gezond weefsel, " werd op 31 mei gepubliceerd in het tijdschrift Natuurkunde in geneeskunde en biologie .