En ny ultraljudsteknik ger ett icke-invasivt sätt att bedöma benstruktur på mikroskalan. Forskare hoppas kunna finjustera tekniken för användning vid bedömning av osteoporosrisk och behandling.

Forskare har också visat att en variant av samma teknik kan skilja mellan tumörer och frisk vävnad i en studie med laboratorieråttor.

"En sak som är spännande med dessa tekniker är att vi har tagit en av ultraljudets brister och gjort det till vår fördel, säger Marie Muller, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid North Carolina State University och motsvarande författare till artiklar om de två studierna.

Bristen är det faktum att ultraljud inte kan ge oss tydliga bilder när det används i komplexa medier, såsom ben. Det beror på att ultraljudsvågorna studsar överallt i dessa komplexa miljöer, vilket gör det omöjligt att beräkna hur långt de har rest.

"I ben, till exempel, ljudvågor kommer att färdas genom de fasta delarna av benet och sedan spridas när de träffar en por, " säger Muller. "Vi fann att detta är ett användbart sätt att bedöma ett bens mikrostruktur."

Muller och hennes medarbetare teoretiserade att genom att titta på hastigheten med vilken ultraljudsvågor diffunderade från ett benställe, de kan bedöma både antalet porer i ett givet område – eller pordensitet – och storleken på dessa porer.

"Proof-of-concept-artikeln vi just publicerade finner att det finns en konsekvent korrelation mellan diffusionskonstanten och benporstorlek och -densitet, " säger Muller. "Men, det är värt att notera att detta gjordes i en beräkningsmodell. Vi gör för närvarande en in vivo-studie med mänskliga patienter och en in vitro-studie med mänskligt ben.

"Vi är minst år från kliniska tillämpningar, men om resultaten håller i sig, vi kan ha ett sätt att övervaka patienter på en regelbunden basis för att fastställa benets hälsa. Det innebär att människor kan spåra sin potentiella risk för osteoporos utan att behöva oroa sig för strålningsexponeringen i samband med röntgenstrålar. Dessutom, Tekniken kan hjälpa forskare och vårdgivare att fastställa effekten av osteoporosbehandling."

Eftersom forskningen pågår, inga tydliga protokoll har upprättats, vilket gör det svårt att uppskatta kostnaden – även om det sannolikt skulle vara jämförbart med befintliga tillämpningar för ultraljudsbedömning, och mycket billigare än högupplöst CT-skanning.

Muller ledde också en studie som använde en nästan identisk teknik för att försöka skilja på frisk mjukvävnad och solida tumörer i en råttmodell.

Tumörstudien använde sig av mikrobubblor som injicerades i kärlsystemet hos laboratorieråttor. Eftersom bubblor gör att ultraljudsvågor sprids - precis som porer i ben - kan ultraljud spåra förändringar i mikrobubblors täthet när de färdas genom en råts nätverk av blodkärl.

Eftersom tumörer skapar nätverk av blodkärl som är tätare och mer komplexa än vad som finns i frisk vävnad, forskare fann att de kunde identifiera tumörer genom att leta efter områden där mikrobubblorna var långsamma att diffundera.

"Vi är glada över detta fynd, och hoppas kunna säkra finansiering som skulle göra det möjligt för oss att gå vidare med denna forskningslinje, säger Muller.

Papperet om benmikrostruktur, "Akustisk diffusionskonstant för kortikalt ben:Numerisk simuleringsstudie av effekten av porstorlek och pordensitet på multipel spridning, " publicerades 8 augusti i Journal of the Acoustical Society of America .

Tidningen om tumörer och mjukvävnad, "Ultraljudsmultipelspridning med mikrobubblor kan skilja mellan tumör och frisk vävnad in vivo, " publicerades den 31 maj i tidskriften Fysik i medicin &biologi .