Een nieuwe niet-invasieve medische beeldvormingstechniek maakt gelijktijdig 3D-beelden van zowel weefsels als bloedvaten in het menselijk lichaam. De methode combineert ultrasone en fotoakoestische beeldvorming.
De techniek is ontwikkeld door onderzoekers van de Keck School of Medicine van de University of Southern California (USC) en ingenieurs van het California Institute of Technology (Caltech). De methode is getest in een proof-of-conceptstudie, waarvan de resultaten zijn gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.
De huidige standaardtechnieken voor medische beeldvorming zoals echografie, röntgenfoto’s, CT-scans en MRI kennen beperkingen. Denk daarbij aan kosten, scantijd, beelddiepte en detailniveau. De nieuwe techniek kan volgens de onderzoekers een alternatief zijn. De methode maakt snelle, driedimensionale beelden, zonder ioniserende straling of sterke magnetische velden.
Een combinatie van RUST en PAT
De techniek heet RUS-PAT (Rotational Ultrasound and Photoacoustic Tomography) en combineert twee methoden:
- Rotational Ultrasound Tomography (RUST) om met geluidsgolven 3D-beelden van weefsels te creëren;
- Photoacoustic Tomography (PAT) om met laserlicht bloedvaten in beeld te brengen.
Tijdens de studie werden verschillende lichaamsdelen gescand, waaronder de hersenen, borst, hand en voet. Bij hersenscans van patiënten met traumatisch hersenletsel kon de techniek binnen ongeveer 10 seconden zowel weefselstructuren als bloedvaten in beeld brengen in een gebied van 10 centimeter breed.
Goedkoper, geen straling en meer detail
RUS-PAT biedt volgens de onderzoekers verschillende voordelen ten opzichte van bestaande beeldvormingstechnieken. Zo is de nieuwe methode goedkoper dan een MRI-scanner, vermijdt straling zoals bij röntgen- en CT-scans, en levert gedetailleerdere beelden dan conventionele echografie. De onderzoekers zien potentie in RUS-PAT voor onder meer de diagnose van beroertes, hersenletsel, borstkanker en diabetische voet.
Lihong Wang, hoogleraar medische technologie en elektrotechniek aan Caltech: “We hebben een nieuwe methode bedacht die de manier verandert waarop ultrasone en fotoakoestische systemen samenwerken. Dit stelt ons in staat om veel uitgebreidere beeldvorming te bereiken op betekenisvolle diepten, zonder ioniserende straling of sterke magneten.” Jonathan Russin, neurochirurg aan de University of Vermont en mede-auteur, wijst op het belang van fotoakoestiek: “Fotoakoestiek opent een nieuw tijdperk in menselijk onderzoek. We geloven dat deze technologie cruciaal zal zijn voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostiek en patiëntspecifieke therapieën.”
Uitdagingen
De techniek is nog in ontwikkeling. Zo zijn er bij met name hersenscans uitdagingen. De schedel kan in dit geval de signalen verstoren. Het team zoekt nog naar manieren om de beeldkwaliteit te verbeteren, zoals aanpassingen in de gebruikte ultrasone frequenties. “Dit is een vroege, maar belangrijke proof-of-conceptstudie die aantoont dat RUS-PAT medisch relevante beelden kan produceren voor verschillende lichaamsdelen. We werken nu aan verdere verfijning van het systeem voor toekomstig klinisch gebruik”, zegt Charles Liu, hoogleraar neurochirurgie aan de Keck School of Medicine en mede-hoofdauteur van het onderzoek.
Naast Liu, Wang en Russin werkten ook Tze-Woei Tan, Yang Zhang, Shuai Na, Karteekeya Sastry, Li Lin, Junfu Zheng, Yilin Luo, Xin Tong, Yujin An, Peng Hu en Konstantin Maslov (Caltech Optical Imaging Laboratory) mee aan het onderzoek.
