Smart*Light in de spotlight!

Hessel, wat is nou eigenlijk het verschil tussen de twee projecten?

Waar het eerste project röntgeninstrumentarium ontwikkelde voor hoogwaardige röntgenanalyses, gaat het tweede project nog een stap verder en richt het zich op de configuratie van een betrouwbaar en geoptimaliseerd instrument voor specifieke röntgenanalysetechnieken. Kort gezegd zijn in het eerste project de ‘basiscomponenten’ ontwikkeld zoals röntgenbron en detectoren, en wordt in het tweede project gewerkt aan hoe deze zo goed mogelijk kunnen worden ingezet. Zo wordt onder andere onderzocht welke instellingen en welke configuratie nodig zijn om de beste resultaten te behalen voor een bepaalde analysetechniek en een bepaald type materiaal of object.

Zijn er al eerste, veelbelovende resultaten geboekt?

Nou, het is heel mooi dat de bron, die uit veel verschillende onderdelen bestaat, nu helemaal is samengevoegd en enkel nog hoeft te worden afgewerkt op kleine onderdelen. We hebben wat pech gehad in het eerste project, waardoor het niet zo gestroomlijnd liep als we hadden gedacht (mede door o.a. corona en leveringsissues, red.). Inmiddels verhuisden we de bron naar een nieuwe, speciaal hierop toegesneden locatie aan de Technische Universiteit Eindhoven. Het plan was om deze locatie snel in gebruik te nemen, maar er is veel misgegaan bij de bouw waardoor de waterkoeling en de klimaatinstallatie niet adequaat werkten. Die zijn van immens belang voor het functioneren van de apparatuur, en ook om bijvoorbeeld kunst te kunnen scannen zonder dat een kunstwerk risico loopt beschadigd te raken. Inmiddels zijn die problemen opgelost en kunnen we verder. Er is nu ook een mooie aparte ruimte van waaruit de besturing kan plaatsvinden en meetgegevens kunnen worden verzameld.

Wat ook zeker het benoemen waard is, is dat Universiteit Antwerpen binnen dit project detectieapparatuur ontwikkelde waarmee onder andere kunst kan worden gescand. Hiermee kan heel nauwkeurig de verdeling van pigmenten in het werk worden onderzocht. Het mooie van deze detectieapparatuur is dat deze kan worden meegenomen naar musea om ter plekke scans te maken. Zo voorkom je dat kunstwerken helemaal verplaatst moeten worden, met alle risico’s van dien. Met de nieuwste XRPD-scanner van UAntwerpen is het mogelijk om de precieze chemische structuur van pigmenten te onderzoeken. Zo kan er bijvoorbeeld worden vastgesteld wat de oorspronkelijke structuur was, en hoe die mogelijk is veranderd door klimaatinvloeden zoals CO₂, vocht, lichtinstraling en temperatuur. Het waarnemen van degradatieproducten aan de oppervlakte kan als bewijs dienen dat de kleur van het pigment in de loop van de tijd is veranderd. Zo is er een interessant onderzoek geweest naar de bruine verkleuring in de werken van Van Gogh.

Ondertussen zijn er al diverse belangrijke kunstwerken gescand met behulp van de apparatuur, waaronder Het melkmeisje van Vermeer en de Nachtwacht van Rembrandt. Op de foto van Koen Janssens van UAntwerpen zie je hoe de Schreeuw van Munch wordt gescand in het Munch museum in Oslo. We zijn nu alvast benieuwd naar de resultaten van deze scans en naar welke interessante kennis deze opleveren over pigmentgebruik en degradatiegedrag!

Als je meer wilt zien over röntgenonderzoek van kunst, raad ik je aan de film van Gerrit Schreurs te bekijken – deze is vertoond bij de tentoonstelling over Smart*Light bij museum Boijmans van Beuningen. Er komt nog een vervolgversie van deze film, met interviews met betrokkenen en wellicht ook een live-verslag van de eerste metingen in de nieuwe labruimte.

De XRPD-scanner biedt dus allerlei nieuwe mogelijkheden. Wat is dan het verschil met of de toegevoegde waarde van de bron – het ‘tafelmodel synchrotron’ – die in dit project ook is ontwikkeld?

Met de XRPD-scanner kan het oppervlak van kunstwerken in detail in kaart worden gebracht. Als je daarbij gebruik maakt van röntgenbuizen, het type bron dat wereldwijd voor vrijwel alle röntgenanalyses wordt toegepast, duurt dat echter heel lang. Voor een gemiddeld schilderij kan dat zelfs weken zijn. De toegevoegde waarde van de bron is dat hiermee een veel hogere scan-snelheid kan worden gerealiseerd. En omdat de energie van de fotonen kan worden gevarieerd, kunnen er ook dieper liggende lagen waargenomen worden. Bij kunstwerken kan zo nog beter worden nagegaan hoe de kunstenaar te werk is gegaan. Maar ook in de materiaalkunde en voor medische diagnostiek biedt dit een enorme meerwaarde.

Er worden op dit moment nog verdere verbeteringen aan de bron aangebracht om het energiebereik en de intensiteit verder te vergroten. Dit gebeurt via zogenaamde ‘zij-projecten’. Zo hopen we er achter te komen wat de bron allemaal kan. Hiervoor wordt samengewerkt met verschillende onderzoeksgroepen. Dankzij de gebundelde kennis komen we verder!

Ook wordt gekeken naar hoe het te onderzoeken object wordt gescand. Bij gebruik van een gewone röntgenbuis kan de meetapparatuur met motoren t.o.v. het object worden bewogen. De nieuwe bron is daarvoor echter te omvangrijk, en dus dient het object te bewegen t.o.v. de apparatuur. Dit vereist echter andere motoren en nieuwe software. Vooral bij kostbare kunstvoorwerpen is het belangrijk om de bewegingen van het voorwerp gecontroleerd uit te voeren. Om beschadiging te voorkomen moet dit heel precies en geleidelijk gedaan worden en niet schoksgewijs.

Tenslotte wordt in het huidige project ook gekeken naar röntgenoptica om de röntgenbundel op de juiste manier te kunnen richten op het te onderzoeken voorwerp. Er wordt nu onderzocht wat er beschikbaar is en wat er precies nodig is. Alles moet goed op elkaar afgestemd worden. Voor elke analysetechniek moet de optimale configuratie van de bron gerealiseerd worden: toepassing juiste optica, plaatsing van het voorwerp en de detectieapparatuur. Hiervoor moeten de onderlinge afhankelijkheden bekend zijn en dat wordt nu onderzocht: waar kan worden gestuurd om de röntgenstraling zo effectief mogelijk te benutten? Aan welke knoppen kan er worden gedraaid om een zo goed mogelijk functionerend apparaat te krijgen?

Vergeet niet: de bron is iets nieuws. Er is nog geen vergelijkbaar instrument op de wereld dat er zo uitziet en dat zo toegepast kan worden. Er zijn weliswaar verschillende initiatieven rond compacte instrumenten die heldere röntgenstraling produceren, maar zo compact als deze en de mate waarin razendsnel de energie kan worden gevarieerd is heel uniek!

©ICMS Animation Studio, TU/e, voice-over Studio Make, muziek Sainte Vie - High Seas

Ja, en wat ik er dan persoonlijk ook heel bijzonder aan vind, is dat de apparatuur uiteindelijk in verschillende gebieden toegepast kan worden. We hebben kunst al genoemd, maar de bron kan ook ingezet worden voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, evenals voor medische diagnostiek. Kan je over dat laatste wat meer vertellen?

De afgelopen jaren is weliswaar grote vooruitgang geboekt op het gebied van röntgendiagnostiek, maar het principe waarop de opwekking van deze straling is gebaseerd stamt nog steeds uit de 19^e eeuw. Gelukkig kan hier heel veel mee worden gedaan en gaan de ontwikkelingen op het gebied van detectie, elektronica en software door. Toch kan het gebruik van straling zoals die uit ‘onze’ bron komt van grote toegevoegde waarde zijn. Al genoemd is de mogelijkheid om de energie precies in te stellen, wat met gewone röntgenbuizen niet mogelijk is. Op die manier kun je bijvoorbeeld ‘inzoomen’ op een bepaald chemisch element. Ook de zogenaamde coherentie, de kwaliteit van de straling, is veel groter. Daardoor is het mogelijk om meer detail te krijgen met dezelfde stralingsdosis, wat weer veiliger is voor de patiënt.

Op grond van metingen die gedaan zijn in ‘echte’ synchrotrons, grote onderzoeksfaciliteiten die eveneens straling van hoge kwaliteit en instelbare energie leveren, weten we dat de mogelijkheden veelbelovend zijn. In Triëst en Grenoble zijn op kleine schaal mammografieën uitgevoerd bij patiënten. Niet alleen werd meer detail verkregen, vooral voor dichtere weefsels is het stralingsrisico lager, ook is het onderzoek een stuk comfortabeler dan de standaard mammografieën. Synchrotrons zijn echter heel geavanceerde, honderden meters grote en erg dure apparaten. Niet iets dus wat je in een ziekenhuis neerzet. Een compact instrument zoals nu wordt ontwikkeld zou dus op termijn een uitkomst kunnen zijn.

Binnen het project gaat UGent ook verder onderzoek doen naar fasecontrast- en donkerveld beeldvorming. Op dit gebied zijn er momenteel veel ontwikkelingen gaande. Hiermee kan een veel beter contrast worden verkregen tussen verschillende zachte weefsels, zoals spieren, bloedvaten, huid en vet. Ook deze technieken hebben baat bij een hoge kwaliteit röntgenstraling. De verbeterde detectie van tumoren is al genoemd. Daarnaast bieden deze afbeeldingsmodi ook mogelijkheden op het vlak van onderzoek en diagnostiek van bijvoorbeeld osteoartritis en atheroscleose (aderverkalking, red.). Dit zijn ouderdomsziekten die heel veel voorkomen en voor veel ongemak zorgen. Meer begrip van deze ziekten kan hopelijk leiden tot betere preventie en behandelmethoden.

Het zou mooi zijn als dit project op die manier een bijdrage kan leveren aan betere, en minder pijnlijke, diagnostische methoden. Uiteraard zal het instrument niet op korte termijn in de ziekenhuizen te vinden zijn: de medische wereld heeft terecht veel bewijzen nodig voordat een nieuwe techniek kan worden geïmplementeerd. Daarnaast zal er ook aandacht besteed moeten worden aan de interpretatie van scans. Die is natuurlijk anders dan die van de scans die radiologen nu onder ogen krijgen. Het is te verwachten dat ook daar tijd overheen zal gaan.

Nog interessant om te vermelden: er wordt in synchrotrons ook gekeken naar de mogelijkheden om deze in te zetten voor therapeutische doeleinden zoals bestraling. Hier zijn voorzichtig de eerste goede resultaten geboekt: er lijkt minder omringend weefsel te worden beschadigd. We houden de ontwikkelingen in de gaten, en als daar aanleiding voor is willen we dat binnen dit project zeker verder onderzoeken.

Hessel, ik ben heel blij dat we Smart*Light eens hebben kunnen belichten in dit interview! Zijn er nog laatste opmerkingen die je met ons wilt delen?

Het is zeker de moeite om te vermelden dat we de enorme toegevoegde waarde zien van het samenwerken over de grenzen heen met verschillende betrokken partijen. We wisselen kennis uit, er liggen korte lijntjes en er wordt onderling gesproken over nieuwe kansen en ideeën die dan weer uitgevoerd worden. Alsof we elkaar verder omhoog stuwen! Daarnaast merken we dat het huidige programma een stuk efficiënter werkt dan het vorige programma, waardoor wij ons nog beter kunnen richten op de inhoud van het project en minder op de administratieve kant. Daar worden we blij van!