Contrast echografie is een veelgebruikte medische
beeldvormingstechniek waarmee je afwijkende doorbloeding in organen
en tumoren zichtbaar kunt maken. De methode maakt gebruik van
ultrageluid en een contrastvloeistof met daarin speciale
microbelletjes. Om te voorkomen dat deze belletjes oplossen in het
bloed, zijn ze voorzien van een dun beschermlaagje. Tot op heden
werd altijd aangenomen dat dit laagje de echo beperkt. Marlies
Overvelde van de Universiteit Twente heeft nu echter aangetoond dat
de schil juist de gevoeligheid van contrast echografie bepaalt.
Haar ontdekking brengt nieuwe diagnostische technieken in beeld.
Overvelde promoveert 9 april aan de faculteit Technische
Natuurwetenschappen.
Afwijkingen in de doorbloeding van organen, zoals het hart, de
lever en de nieren, kun je aantonen met behulp van contrast
echografie. De patiënt krijgt hierbij een contrastvloeistof, met
daarin microscopisch kleine bellen, in de bloedbaan geïnjecteerd.
Vervolgens wordt er ultrageluid in het lichaam gestuurd. De
karakteristieke echo van de bellen kan efficiënt worden opgepikt
tussen het omliggende weefsel en maakt het mogelijk om in beeld te
brengen waar de belletjes zich in het lichaam bevinden.
Om te voorkomen dat de belletjes oplossen in het bloed zijn ze
voorzien van een ultradun beschermlaagje gemaakt van lipiden. Tot
op heden werd altijd aangenomen dat dit laagje de echo beperkt.
Marlies Overvelde van de Universiteit Twente ontdekte echter dat
juist deze schil het karakteristieke gedrag van contrastbellen
bepaalt. Bovendien ontdekte ze dat het gedrag van medische bellen
voor echoscopie verrassend anders is als deze zich in de buurt van
een vaatwand bevinden.
Hogesnelheidscamera
Overvelde kwam tot haar ontdekking door een enkele contrastbel,
kleiner dan een rode bloedcel, met een optische laserpincet van
naburige wanden en andere bellen te isoleren. Door heel nauwkeurig
de druk en de frequentie van het ingestraalde ultrageluid rond de
resonantie te variëren, kon ze de beltrillingen vastleggen met een
hogesnelheidscamera die 25 miljoen plaatjes per seconde kan
opnemen. 'Hiermee kun je uiterst nauwkeurig kijken hoe de bel op
het ultrageluid reageert,' vertelt Overvelde. 'Zo kreukelt het
nanometer dunne schilletje als de bel krimpt en scheurt het als de
bel groeit.' Deze eigenschappen van de belschil vond Overvelde
direct terug in de karakteristieke respons van de bel. Het
verklaart de gevoeligheid van contrast echografie.
Ook de positie van de bel kon worden gemanipuleerd met de
optisch pincet. Zo bleek het gedrag van de bel te veranderen dicht
bij een wand of in de buurt van andere bellen. 'Deze observaties
sluiten in grote lijn aan bij wat we al weten van grotere bellen,
maar we ontdekken boeiende nieuwe details over de wisselwerking
tussen bellen op de microschaal, een gebied dat binnen de fysica
voor een groot deel onontgonnen terrein is.'
Nieuwe diagnostische technieken
Door de ontdekking komen nieuwe diagnostische technieken in
beeld, waaronder beeldvorming op moleculair niveau. Hierbij worden
microbellen voorzien van biochemische plakkers die hechten aan
zieke of ziekteverwekkende cellen. De onderzoekster hoopt de
methode te kunnen gebruiken om in een heel vroeg stadium ziektes te
kunnen detecteren met relatief eenvoudige en goedkope
echoscopie.
Het onderzoek werd uitgevoerd als onderdeel van een groot
strategisch project van de Europese Commissie, waarin een
consortium uit zeven Europese landen (bestaande uit bedrijven uit
de medisch-technische en farmaceutische industrie, academische
onderzoeksinstellingen en medische centra) werkt aan methodes
waarmee het vroegtijdig prostaatkanker kan detecteren. Het project
is sterk gerelateerd aan het NIMTIK speerpuntonderzoek van de
Universiteit Twente waarin gewerkt wordt aan contrastverhoging voor
optische en akoestische technieken om tumoren al in een vroeg
stadium op te sporen en te vernietigen.
50 afbeeldingen van een opname met de ultrasnelle
Brandaris camera. De schil kreukelt als de bel samengedrukt
wordt. De straal van de bel is 3 micrometer en de snelheid
van de camera is 15 miljoen afbeeldingen per seconde.
Marlies Overvelde promoveert 9 april aan de faculteit Technische
Natuurwetenschappen. Zij voerde haar onderzoek uit in de vakgroep
Physics of Fluids en het onderzoeksinstituut MIRA. Zij werd
begeleid door prof. Detlef Lohse, prof. Nico de Jong en dr. Michel
Versluis. Haar proefschrift 'Ultrasound Contrast Agents: dynamics
of coated bubbles' is op verzoek digitaal beschikbaar.
