Met lichtgolven vier keer dieper in weefsel kijken

De nieuwe methode voor optische beeldvorming door middel van lichtgolven van de TU-Delft kan in de toekomst waardevolle informatie over bepaalde ziekten opleveren. Bijvoorbeeld om de ontwikkeling van een ziekte over een bepaalde tijd te volgen en zo het effect van medicijnen of potentieel giftige stoffen op weefsel bestuderen. Dat kan van weer nuttige inzichten opleveren om een betere behandeling te ontwikkelen.

“We zijn hier met een heel team van onderzoekers bijna tien jaar mee bezig geweest, dus het geeft een enorme kick dat we dit nu eindelijk voor elkaar hebben gekregen”, vertelt TU Delft-onderzoeker Jeroen Kalkman uit.

Lichtgolven penetreren weefsel

Een van de technieken die de onderzoekers bij de ontwikkeling van de nieuwe methode voor optische beeldvorming gebruikt wordt is Optische Coherentie Tomografie (OCT). Deze techniek wordt door oogartsen gebruikt om het netvlies in beeld te brengen. Het is een vorm van echografie waarbij geluidsgolven vervangen worden door lichtgolven. Daarmee kunnen beelden met een hogere resolutie gemaakt worden. Een algoritme kan vervolgens een dwarsdoorsnede van weefsel maken met de informatie uit de weerkaatste lichtgolven.

De onderzoekers van de TU-Delft hebben de OCT-techniek doorontwikkeld. In plaats van gebruik te maken van gereflecteerd licht, worden de lichtgolven nu dwars door het weefsel heen gestuurd. Een speciale sensor vangt het licht aan de andere kant van het weefsel vervolgens op. Het verschil in de ‘aankomsttijd’ van de lichtgolven is daarbij van belang voor de optische beeldvorming.

“Het licht dat langer onderweg is, is door het weefsel verstrooid en komt relatief laat bij de detector aan. Normaliter zorgt dat voor onscherpe plaatjes. Maar door naar de aankomsttijd te kijken kunnen wij dit verstrooide licht scheiden van het licht dat recht door het sample is gegaan. Met dat vroeg aangekomen licht kunnen we een scherp plaatje maken”, legt Jeroen Kalkman uit.

Om de ‘lichtinformatie’ vervolgens tot een zogenoemd tomogram te verwerken, maken de onderzoekers gebruik van computertomografie technieken. De bekendste daarvan is de CT-scan. “Daarbij meet je een projectie van de röntgenstraling die door het object heen komt onder heel veel verschillende hoeken en posities. Vervolgens kun je al die verschillende projecties met behulp van een computer aan elkaar knopen tot een driedimensionaal beeld. Wij doen net zoiets, maar dan met licht”, aldus Kalkman.

Vier keer dieper ‘kijken’

De theorie van de nieuwe methode is in de praktijk getest op dode zebravissen. Daaruit bleek dat de maximale penetratiediepte ongeveer vier millimeter was. Dat is een factor vier beter dan wat met de gangbare reflectie-aanpak bij OCT mogelijk is. Door zowel naar de sterkte en aankomsttijd van het licht te kijken slaagden de onderzoekers er met de nieuwe techniek in de organen van de zebravissen met hoog contrast af te beelden.

Behalve het vormen van beelden met een hogere kwaliteit zien de onderzoekers nog een mogelijke toepassing; de analyse van biopten. “Momenteel voegen labs vaak fluorescente labels aan biopten toe, of worden ze in kleine plakjes gesneden en opgehelderd met een vloeistof. Dat duurt lang, en bij het ophelderen en in plakjes snijden kan zo’n biopt vervormen. Onze techniek kan de biopten naar verwachting in hun driedimensionale vorm weergeven en zo de arts beter helpen een goede diagnose te stellen”, vertelt Kalkman.