Scherp in beeld brengen hoe weefsel er van binnen uitziet is niet gemakkelijk. Met de huidige technieken kan het weefsel tot ongeveer één millimeter diep in kaart worden gebracht. Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft hebben nu een methode ontwikkeld die dieper kan kijken.

Wil een onderzoeker zien wat er in een weefsel gebeurt, dan is de makkelijkste manier om het weefsel in plakjes te snijden. Met de meeste technieken kan slechts tot één millimeter diep in het weefsel worden gekeken. Delftse onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die scherp beeld kan vormen tot zo’n vier millimeter diep in het weefsel. 


Verstrooid

De onderzoekers beschijnen het stuk weefsel met nabij-infrarood licht en vangen vervolgens het licht achter het weefsel weer op. Het resultaat is volgens onderzoeker Jeroen Kalkman te vergelijken met het zicht in dichte mist: 'Het licht is sterk verstrooid doordat het door het weefsel heen is gegaan. Dat resulteert in een zeer troebel beeld.'

De onderzoekers bedachten echter een truc om het beeld scherp te krijgen. ‘Het is bijna onmogelijk de bron te herleiden van licht dat is verstrooid, dit zorgt voor ruis’, zegt Kalkman. ‘Van onverstrooid licht, ook al is het heel zwak, kunnen we wél beeld maken.’ 

 

Nog geen een procent

Om het onderscheid te maken tussen verstrooid en onverstrooid licht keken ze naar de aankomsttijd van het licht. Licht dat onderweg wordt verstrooid doet er langer over om de detector te bereiken. 

Het verschil in de aankomsttijden van verstrooid en niet-verstrooid licht ligt in de orde van tientallen femtoseconden, oftewel biljardsten van een seconde. De aankomsttijd van het licht met een stopwatch meten is dus vrijwel onmogelijk. Daarom bedachten de onderzoekers een referentiebundel, die ongehinderd op de detector kan komen. Het licht dat tegelijkertijd aankomt als de referentiebundel is onderweg niet verstrooid door obstakels. Dit deel van het opgevangen licht gebruikten de onderzoekers voor de beeldvorming. 

'Sommige weefsels zijn zo dik dat er minder dan één procent van het licht onverstrooid doorheen komt. Met een gevoelige detector kunnen we daar nog steeds beeld uit krijgen', zegt Kalkman. 

 

Van alle kanten

Voor een 3D-afbeelding van het weefsel belichtte het onderzoeksteam het monster van alle kanten. 'Met een beeld weten we wel wat er is gebeurd met het licht, maar niet waar', zegt Kalkman. 'Daarom moeten we het weefsel van meerdere kanten bekijken en die beelden samenvoegen tot één afbeelding.' 

Het monster van alle kanten bekijken kost wel tijd. Op het moment duurt het ongeveer 24 minuten om een complete 3D-afbeelding te maken. 'Een 3D-afbeelding bestaat wel uit 36 duizend afbeeldingen', zegt Kalkman. 'Door hierin te optimaliseren, kunnen we het proces nog versnellen.'

 

Een driedimensionaal beeld van een zebravis. Beeld: Jeroen Kalkman

 

Zebravisjes

Met deze nieuwe methode hebben de onderzoekers onder andere het binnenste van een zebravis in beeld gebracht. Deze visjes worden veel gebruikt voor het onderzoek naar menselijke ziekten en de behandeling daarvan. Deze techniek kan afbeeldingen maken van het weefsel van een levende zebravis. Zo zou bijvoorbeeld de ontwikkeling van een tumor kunnen worden gevolgd over tijd.

Daarnaast kan deze methode verder worden uitgewerkt tot een techniek voor pathologen om een biopt te analyseren. De biopten kunnen in één keer in kaart worden gebracht en dit voorziet de patholoog van een 3D-beeld. 'Structuren zien er heel anders uit in 3D dan in 2D', zegt Kalkman. 'De beelden van deze techniek kunnen daarom mogelijk extra informatie leveren voor de patholoog en mogelijk diens analyse verbeteren.'

 

Beeld: Depositphotos