Onderzoekers in China hebben een uiterst kleine optische sonde ontwikkeld waarmee bloedvaten in de hersenen van binnenuit gedetailleerd in beeld kunnen worden gebracht. De technologie maakt gebruik van optische coherentietomografie (OCT) en kan volledige beelden van 360 graden produceren. Op termijn zou de sonde artsen meer inzicht kunnen geven in vaatziekten en in de positie van implantaten zoals stents.
De sonde heeft een diameter van slechts 0,55 millimeter en is vier millimeter lang. Onderzoekers van Nanjing University en Nanjing University of Aeronautics and Astronautics beschrijven de technologie in Biomedical Optics Express. De toepassing bevindt zich nog in de onderzoeksfase en moet verder worden ontwikkeld en getest voordat klinisch gebruik mogelijk is.
OCT in kleine hersenslagaders
OCT is een beeldvormingstechniek die met licht gedetailleerde dwarsdoorsneden van weefsel maakt. Daarmee kunnen onder meer de structuur van vaatwanden en veranderingen zoals plaquevorming zichtbaar worden gemaakt. Bestaande intravasculaire OCT-systemen zijn echter voornamelijk ontwikkeld voor kransslagaders. Die zijn doorgaans groter en minder kronkelig dan bloedvaten in de hersenen.
Bij conventionele systemen wordt de optische sonde met een motor buiten het lichaam rondgedraaid. In de smalle en sterk gebogen hersenvaten kunnen wrijving en verdraaiing van de lange katheter ervoor zorgen dat de sonde niet gelijkmatig roteert. Hierdoor kunnen vervormingen in de beelden ontstaan.
De onderzoekers kozen daarom voor een andere aanpak. In plaats van de volledige katheter te draaien, roteert alleen een kleine lens aan het uiteinde. Een optische vezel transporteert nabij infraroodlicht naar deze lens. De rotatie wordt aangedreven door een piëzo elektrisch materiaal dat onder invloed van elektrische spanning licht van vorm verandert. De lens stuurt het OCT-licht tijdens het draaien langs de volledige binnenwand van het bloedvat. Zo ontstaat een dwarsdoorsnede van 360 graden. Door de sonde vervolgens door het bloedvat te bewegen, kunnen meerdere doorsneden worden gecombineerd tot een driedimensionaal beeld.
Stents en vaatweefsel in beeld
Tijdens tests bleek de sonde door een anatomisch model op ware grootte van de menselijke hersenvaten te kunnen bewegen en de middelste hersenslagader te bereiken. Dit is een van de belangrijkste slagaders van de hersenen. De onderzoekers testten eerst hoe gelijkmatig de sonde ronddraait. Hiervoor werden vier metalen buisjes onder bekende hoeken afgebeeld. De gemiddelde hoekafwijking bedroeg ongeveer één graad, ook nadat de katheter door het kronkelige vaatmodel was geleid. De lens kon bovendien een snelheid van maximaal 58 omwentelingen per seconde bereiken.
Vervolgens werd de technologie gebruikt voor twee en driedimensionale OCT-beelden van steeds complexere structuren. Zo brachten de onderzoekers het fijne nervennetwerk van een magnoliablad in beeld, evenals een vaatstent in een model van de middelste hersenslagader en een buiten het lichaam onderzocht bloedvat van een varken.
Ook werd menselijk vaatweefsel met atherosclerotische plaque onderzocht. De OCT-beelden lieten kenmerken zien die verband hielden met vetrijke gebieden en fibreus weefsel. Deze waarnemingen kwamen overeen met de bevindingen uit conventioneel histologisch onderzoek.
Ondersteuning bij herseninterventies
Volgens de onderzoekers kan intravasculaire OCT uiteindelijk een aanvulling worden op de huidige beeldvorming bij neurovasculaire ingrepen. Artsen beschikken momenteel over beperkte mogelijkheden om microscopische details rechtstreeks vanuit kleine, kronkelige hersenslagaders te bekijken.
Een mogelijke toepassing is het controleren van de positie van een stent ten opzichte van de vaatwand. Gedetailleerdere informatie hierover zou artsen kunnen ondersteunen bij behandelbeslissingen en mogelijk bijdragen aan meer gepersonaliseerde interventies. Voordat de technologie bij patiënten kan worden toegepast, zijn echter verdere stappen nodig. De onderzoekers willen de sonde nog kleiner maken en tegelijkertijd de optische resolutie en beelddiepte verbeteren. Ook moeten de stabiliteit en snelheid van de roterende lens verder worden geoptimaliseerd.
Daarnaast zijn aanvullende onderzoeken nodig om de beeldkwaliteit, betrouwbaarheid en veiligheid te beoordelen onder omstandigheden die daadwerkelijke neurointerventionele procedures zo goed mogelijk nabootsen. Pas daarna kan duidelijk worden welke rol de miniatuursonde uiteindelijk in de klinische praktijk kan spelen.
Innovatieve beeldvorming
Vorig haar behaalde een internationaal samenwerkingsverband van onder andere Nederlandse onderzoekers en wetenschappers, een grote doorbraak op het gebied van beeldvormingstechniek voor het gedetailleerd en met grote precisie in kaart brengen van zenuwvezels in hersenweefsel. De techniek, Computational Scattered Light Imaging (ComSLI) genaamd en ontwikkeld door natuurkundige Miriam Menzel, maakt gebruik van verstrooid licht en geavanceerde computationele analyse om de richting en dichtheid van zenuwvezels zichtbaar te maken.
ComSLI onderscheidt zich door zijn toegankelijkheid en lage kosten. De methode vereist slechts een LED-lichtbron en een hoge-resolutiecamera, waardoor elk onderzoeks- of klinisch laboratorium de techniek kan toepassen, zelfs met bestaande microscopen. Naast hersenonderzoek heeft ComSLI ook potentie in andere medische domeinen. De techniek kan bijvoorbeeld spier- en collageenvezels visualiseren, wat nieuwe inzichten biedt voor kankerdiagnostiek en weefselanalyse tijdens operaties. Door de oriëntatie van collageenvezels rond tumorranden te bestuderen, kan ComSLI mogelijk bijdragen aan betere beoordeling van tumorweefsel en behandelstrategieën.
Referenties
Biomedical Optics Express (onderzoek)
