Een van de uitdagingen bij optische beeldvorming is om de binnenkant van weefsel in hoge resolutie te visualiseren. Met traditionele methoden kunnen onderzoekers tot een diepte van ongeveer 1 millimeter kijken. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld die tot vier keer zo diep kan doordringen, tot ongeveer 4 millimeter. Met name de zorgsector kan in de toekomst profiteren van de nieuwe techniek.

De nieuwe beeldvormingsmethode brengt een aantal bestaande technieken samen. De belangrijkste hiervan is optische coherentietomografie, een techniek die oogartsen gebruiken om het netvlies in beeld te brengen. OCT is vergelijkbaar met akoestische echografie, maar gebruikt licht in plaats van geluidsgolven terwijl het een hogere resolutie heeft. Met behulp van de informatie in de gereflecteerde lichtgolven, een algoritme kan een dwarsdoorsnede van het weefsel maken.

Dwarsdoorsnede

In tegenstelling tot een normale OCT-scan, de Delftse onderzoekers maken geen beelden met gereflecteerd licht, maar stuur het licht dwars door het weefsel. Aan de andere kant, een sensor vangt het weer op. De onderzoekers kunnen zien welk licht wanneer aankomt. "Het licht dat langere tijd reist, wordt door het weefsel verstrooid en komt relatief laat bij de detector aan, TU Delft-onderzoeker Jeroen Kalkman legt uit. hierdoor worden de resulterende beelden wazig. Maar door naar de aankomsttijd te kijken, we kunnen dit verstrooide licht scheiden van het licht dat dwars door het monster ging. Met het licht dat vroeg komt, we kunnen een scherp beeld produceren."

Om een ​​dwarsdoorsnede te maken, een zogenaamd tomogram, van het voorwerp, de onderzoekers gebruiken technologieën die bekend zijn uit computertomografie, waarvan het bekendste voorbeeld de CT-scan is. "Dit omvat het meten van een projectie van de röntgenstralen die door het object komen onder veel verschillende hoeken en posities, ", zegt Kalkman. "Dan kun je al die verschillende projecties met een computer aan elkaar koppelen om een ​​driedimensionaal beeld te creëren. Wij doen hetzelfde, maar met licht."

Om erachter te komen hoe krachtig hun techniek is, de onderzoekers testten het op dode zebravissen, die ze hebben verkregen via een lopende studie aan het Erasmus MC. De maximale indringdiepte bleek ongeveer vier millimeter te zijn, een verbetering van een factor vier ten opzichte van de huidige reflectiebenadering in OCT. In aanvulling, de zebravisorganen konden met hoog contrast worden afgebeeld door zowel naar de sterkte als de aankomsttijd van het licht te kijken. Kalkman zegt, “We werken hier al bijna tien jaar aan met een heel team van onderzoekers, dus het is een enorme sensatie dat we het eindelijk voor elkaar hebben gekregen."

In de toekomst, de nieuwe Delftse techniek zou waardevolle informatie kunnen opleveren over bepaalde ziekten. “Met onze methode we de ontwikkeling van een dergelijke ziekte in de loop van de tijd zeer nauwkeurig zouden kunnen volgen, " zegt Kalkman. "Op die manier, we zouden de effecten van medicijnen kunnen bestuderen of, omgekeerd, potentieel giftige stoffen op weefsel. Dit zou ons nuttige inzichten kunnen opleveren die uiteindelijk kunnen leiden tot betere behandelingen of betere bescherming."

Een andere toepassing van de nieuwe methode is de analyse van biopsieën, kleine stukjes menselijk weefsel die artsen van patiënten nemen voor analyse. "Momenteel, labs voegen vaak fluorescerende labels toe aan biopsieën, of ze snijden ze in kleine plakjes en gebruiken optische clearing om ze transparanter te maken, " zegt Kalkman. "Dit duurt lang, en tijdens dit proces kunnen biopsieën vervormen. We verwachten dat onze techniek de biopsieën in hun driedimensionale vorm kan weergeven, waardoor artsen een nauwkeurigere diagnose kunnen stellen."