November 8, 2019 – Met behulp van baanbrekende technologie testen onderzoekers van de University of Maryland, Baltimore County (UMBC) en University of Baltimore (UMB) een nieuwe methode van röntgenbeeldvorming die kleur gebruikt om microfracturen in botten te identificeren. Microfracturen waren voorheen onmogelijk te zien met standaard röntgenbeeldvorming. De bevindingen in verband met deze vooruitgang in kleur (spectrale) CT (computertomografie) beeldvorming worden gepubliceerd in Advanced Functional Materials.

Sinds de ontdekking van röntgenstralen in 1895 zijn de basisprincipes van de technologie consistent gebleven. Artsen en wetenschappers gebruiken ze om dichte materialen, zoals botten, te zien, maar de mogelijkheden van de technologie zijn beperkt gebleven. Dipanjan Pan, Ph.D., hoogleraar chemische, biochemische en milieutechniek aan UMBC, en hoogleraar radiologie aan UMB, is de corresponderende auteur van deze nieuwe studie. Vooruitkijkend naar de volgende generatie röntgentechnologie vroeg hij zich af: “Hoe kunnen we een botmicroscheur detecteren, iets dat niet zichtbaar is met röntgenbeeldvorming?”

Pan legt uit dat om deze vraag te onderzoeken, zijn lab nanodeeltjes ontwikkelde die navigeren en zich specifiek hechten aan gebieden waar microscheuren bestaan. Hij noemt ze graag “GPS-deeltjes”. Ze begonnen dit onderzoek uit te voeren aan de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. De onderzoekers hebben de deeltjes geprogrammeerd om zich vast te hechten aan het juiste gebied van de microcrack. Zodra de deeltjes zich aan microscheurtjes hechten, blijven ze daar, wat cruciaal is voor het beeldvormingsproces.

De deeltjes bevatten het element hafnium. Met een nieuwe, op röntgenstraling gebaseerde techniek, ontwikkeld door een in Nieuw-Zeeland gevestigd bedrijf MARS, worden vervolgens CT-beelden van het lichaam gemaakt, waarop de hafniumdeeltjes in kleur te zien zijn. Dit geeft een zeer duidelijk beeld van waar de botmicroscheurtjes zich bevinden.

Hafnium wordt gebruikt omdat het door zijn samenstelling detecteerbaar is voor röntgenstraling, waardoor een signaal wordt opgewekt dat vervolgens kan worden gebruikt om de scheurtjes in beeld te brengen. Pan’s laboratorium toonde aan dat hafnium stabiel genoeg is om te worden gebruikt in tests met levende wezens, en veilig uit het lichaam kan worden uitgescheiden. Het lab is nog niet begonnen met testen op mensen, maar de technologie om dit te doen kan al in 2020 beschikbaar zijn.

Wat betreft andere toepassingen voor spectrale CT-beeldvorming met deze doorbraak in hafnium, suggereert het onderzoek dat deze methodologie zou kunnen worden gebruikt om veel ernstiger problemen op te sporen. Om bijvoorbeeld vast te stellen of iemand een blokkade in het hart heeft, voeren artsen vaak een stresstest uit om afwijkingen op te sporen, wat met een aanzienlijk risico gepaard gaat. Op een dag in de nabije toekomst zullen artsen misschien spectrale CT kunnen gebruiken om vast te stellen of er een blokkade in organen zit.

“Gewone CT heeft geen contrast voor weke delen. Het kan je niet vertellen waar je bloedvaten zich bevinden. Spectrale CT kan helpen dat probleem op te lossen,” legde Pan uit. Hij merkt op dat hoewel er meer onderzoek nodig is om spectrale CT op deze manier te gaan gebruiken, hij verwacht dat het een “geweldig” nieuw hulpmiddel voor radiologen zal zijn. Fatemeh Ostadhossein, Ph.D., een recent afgestudeerde van het Pan-lab, was eerste auteur van deze studie.