MRI-scanner

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
MRI-scanner: de 3T Achieva van Philips Medical Systems, 2006

Een MRI-scanner is de benaming van een medisch apparaat voor beeldvorming van het binnenste van het lichaam, zonder dat dit daarvoor hoeft te worden geopend.

De afkorting komt van magnetic resonance imaging, beeldvorming met magnetische resonantie. Een oudere naam is NMR-scanner, van nuclear magnetic resonance, oftewel kernspinresonantie. Deze term is in onbruik geraakt, omdat hij bij leken een (volledig onjuist) beeld van kernreacties en schadelijke straling opriep. De eerste die zich realiseerde dat met NMR beelden van levend weefsel konden worden gemaakt was begin 1970 de Amerikaanse biofysicus Raymond Damadian. Tegen 1977 kon hij een eerste (enorm groot) prototype laten zien. Daarna ging de ontwikkeling snel en ieder jaar worden er verbeteringen in de beeldvorming en verwerking aangebracht.

Uiterlijk[bewerken]

Een traditionele MRI-scanner bestaat uit een beweegbare tafel waar de patiënt op plaatsneemt die nauwkeurig in een holle cilindrische magneet kan worden geschoven, waarvan het magneetveld (tussen 0,5 en 7 tesla sterk) wordt opgewekt door supergeleidende spoelen. Deze moeten door vloeibaar helium worden gekoeld en onder andere de apparatuur daarvoor maakt het apparaat nog steeds zo duur.

Recente vooruitgang in de vastestoffysica heeft echter materialen opgeleverd die bij hogere temperaturen dan van vloeibaar helium ook supergeleiding vertonen. Deze kunnen gekoeld worden met het veel beter hanteerbare, en dus veel goedkopere, vloeibare stikstof. De verwachting is dan ook dat MRI-scanners nog een flink stuk goedkoper en kleiner worden en daardoor ook door kleinere ziekenhuizen en klinieken gebruikt zullen gaan worden.

Recente ontwikkelingen in modellen[bewerken]

Door recentelijke ontwikkelingen komen er naast de traditionele holle cilindrische systemen ook meer open systemen beschikbaar. Deze open systemen zijn vooral voor patiënten met claustrofobie van belang: de patiënt ligt nog steeds, echter de cilinder is vervangen door twee platen die zich onder en boven de patiënt bevinden. Nog een stap verder gaan de systemen waarbij de patiënt, in plaats van in de traditionele, horizontaal liggende positie, ook verticaal (staand en zittend en alle posities daartussenin) gepositioneerd kan worden. Een dergelijk systeem stelt de radioloog in staat om de patiënt te onderzoeken in een natuurlijker positie, waarbij het lichaam onderhevig is aan de normale dagelijkse omstandigheden onder invloed van de zwaartekracht.

Verder kenmerkt zo'n systeem zich door een nog opener ervaring die patiënten hebben, doordat de patiënt zich in een natuurlijke verticale positie tussen twee wanden bevindt en daardoor een vrijwel onbelemmerd uitzicht heeft. Voor patiënten die claustrofobische aanleg blijken te hebben voor een traditioneel hollecilindermodel en ook voor patiënten met obesitas (overgewicht) kunnen dergelijke open modellen uitkomst bieden.

Werking[bewerken]

MRI-scan van de hersenen
Animatie van een fMRI-scan. Horizontale doorsneden van de hersenen worden getoond, van boven naar beneden. De stip linksboven is een vitamine-E-pil, die tegen het hoofd geplakt was om links en rechts niet te verwisselen.

De MRI-scanner is gebaseerd op dezelfde technieken als de kernspinresonantie-spectroscopie zoals die in de chemische analyse wordt gebruikt.

Kernspin, gradiënt en puls[bewerken]

De werking berust hierop dat isotopen met een oneven aantal kerndeeltjes, bijvoorbeeld waterstof en fosfor, een magnetisch veld hebben. Dit minuscule magneetje - de kernspin - kan met een extern magneetveld mee, of tegen een extern magneetveld in werken. Dit is een kwantumeffect, tussenstanden zijn niet mogelijk. Tussen deze twee toestanden bestaat een energieverschil, afhankelijk van de sterkte van het externe magneetveld.

Wordt de kern nu blootgesteld aan een puls elektromagnetische straling met precies de goede energie (bij MRI-scanners zijn dat radiogolven), dan kan de spin daardoor omklappen. De zo 'aangeslagen' kern valt na een tijdje weer terug in de grondtoestand onder het uitzenden van een foton. Door een gradiënt in de sterkte van het magneetveld te maken, de waterstofkernen aan te slaan en dan te meten hoeveel straling van verschillende golflengten terugkomt van de terugvallende spins is te weten te komen op welke plaats hoeveel waterstofkernen zitten. De enorme hoeveelheid metingen wordt in een computer verwerkt tot een 3-dimensionaal plaatje dat bijvoorbeeld het waterstofgehalte van de weefsels van de patiënt aangeeft. Aangezien allerlei soorten weefsel verschillende waterstofdichtheden hebben kunnen dan details van de anatomie worden waargenomen. Bloed is bijvoorbeeld te onderscheiden van vet en van orgaanweefsel.

T1 en T2[bewerken]

Er zijn ook andere weefseleigenschappen waarvan een plaatje te maken is. Zo is de tijd te meten waarin de longitudinale spincomponent voor 63% herstelt, de zogenaamde T1. Deze is afhankelijk van de snelheid waarmee de waterstofkernen in het weefsel hun spinenergie afstaan in de vorm van warmte. Tevens is de tijd die het duurt voordat de transversale component voor 63% vervalt te meten (T2). Op T1-gewogen opnamen geeft vetweefsel een hoog signaal waardoor het in wit op het beeld zichtbaar is. Bij een T2-opname geven vocht en vloeistoffen een hoog signaal. Een T1- of T2-gewogen afbeelding wordt vervaardigd door de echotijd en repetitietijd in te stellen.

Visualisatie en resolutie[bewerken]

Om het resultaat te visualiseren wordt de scan door de computer meestal als een aantal 'plakjes' van het lichaam of het hoofd gepresenteerd, die naar keuze in de drie anatomische vlakken (sagittaal, transversaal, coronaal) kunnen worden bekeken. Vaak kan zelfs elk mogelijk vlak onder willekeurige hoek gekozen worden - de gegevens kunnen door een snelle computer op iedere gewenste manier worden gepresenteerd, de enige beperkende factor is de benodigde rekentijd. Ook driedimensionale weergaven van bepaalde structuren in een bepaalde lichtval behoren tot de mogelijkheden, zolang er maar een manier bestaat om met behulp van de software te onderscheiden welke voxel tot de structuur behoort en welke niet. De software-ontwikkeling is daarom onverbrekelijk verbonden met die van de andere technieken.

Met moderne MRI-scanners is het oplossend vermogen ongeveer 0,3 millimeter (2005).

Contrastmiddelen[bewerken]

Om het contrast van de MRI-scans te verhogen kan men een contrastmiddel in de bloedstroom injecteren. Om een artrogram van bijvoorbeeld de schouder, heup of pols te maken wordt dit contrastmiddel verdund in het gewricht geïnjecteerd. Contrastmiddelen voor MRI zijn meestal gadoliniumverbindingen, die paramagnetische eigenschappen hebben. Voorbeelden zijn: gadoterate meglumine (Gd-DOTA, merknaam: Dotarem), gadopentetaatdimeglumine (Gd-DTPA, merknaam: Magnevist), gadoxetaat (Gd-EOB-DTPA, merknaam: Primovist) en gadobutrol (Gd-BT-DO3A, merknaam: Gadovist). De gadoliniumverbindingen kunnen echter moeilijk uitgescheiden worden bij patiënten met een nierstoornis en in ernstige gevallen kan het nodig zijn om ze te verwijderen door middel van hemodialyse. Bij patiënten met een ernstige nierinsufficiëntie kunnen bepaalde soorten gadoliniumhoudende contrastmiddelen ook een toxische reactie (nefrogene systemische fibrose) veroorzaken. Tot nu toe lijken de minder stabiele verbindingen (non-ionisch, lineair) de boosdoeners te zijn. Sommige contrastmiddelen kunnen ook allergische reacties veroorzaken.

Beperkingen door het magneetveld[bewerken]

Veelvoorkomend veiligheidssymbool

De aanwezigheid van sommige metalen voorwerpen in het lichaam van patiënten (onder andere endoprothesen, pacemakers, spiraaltjes, neurostimulatoren, insulinepompen, intra-oculaire metaaldeeltjes, metalen kunsthartkleppen en cochleaire implantaten[1]) kan, afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld van het MRI-apparaat, een contra-indicatie zijn voor het uitvoeren van het MRI-onderzoek, omdat het plaatsen van deze voorwerpen in een magnetisch veld een gevaar kan opleveren voor de patiënt. Dit geldt vooral voor ferromagnetische materialen. Er zijn gevallen bekend van patiënten met metalen clips op slagaders van de hersenen waarbij tijdens een MRI-onderzoek de clips losschoten en letsel aan de hersenen toebrachten. Moderne implanteerbare clips en andere voorwerpen zijn om deze reden in het algemeen niet gevoelig meer voor magneetvelden (worden veelal gemaakt van titanium) maar kunnen soms nog wel de beeldvorming bij MRI verstoren. Normaal gesproken ligt hierbij de grens bij het jaar 1990: ferromagnetische clips die hiervoor intracranieel zijn aangebracht of die minder dan vijf weken voor het onderzoek zijn geplaatst vormen een absolute contra-indicatie voor het vervaardigen van een MRI. Ook bij een zwangerschapsduur korter dan twaalf weken wordt meestal geen MRI vervaardigd. Oude tatoeages (die door het magneetveld kunnen vervloeien) en claustrofobie vormen relatieve contra-indicaties.

MRI en CT[bewerken]

Hoewel de beelden van een MRI-onderzoek in eerste instantie lijken op die van een CT-scanner zijn er toch grote verschillen. Een CT-scanner meet absorptie van röntgenstraling, vooral het dichte calcium in botten valt daardoor sterk op. Een MRI-scanner meet het voorkomen van één element, vaak is dat waterstof. Een MRI-scanner stelt de patiënt niet bloot aan de ioniserende straling van CT-scanners. Er zijn wel andere gevaren, zoals het eerder genoemde sterke magnetisme. Bij specifieke instellingen kan door het gebruik van de radiogolven de temperatuur in de patiënt wat oplopen. De scanner lijkt dan op een zeer groot uitgevallen magnetron. Er zit voldoende beveiliging op de scanners om de opwarming minimaal te houden. Als er zich toch metalen voorwerpen in of op de patiënt bevinden, dan kunnen deze, bij specifieke instellingen van de scanner, wel nare brandwonden veroorzaken.

CT en MRI vullen elkaar aan, ze kunnen elkaar niet compleet vervangen.

Basis sequenties[bewerken]

Precessie van een vrije wenteling in een magnetisch veld
Weergave van een wenteling in een sequence inversion recovery

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

  • (en) Interactieve Java-applet die de werking van een MRI-scanner illustreert (klik op de tab MRI nadat de applet gestart is)
  • Staande MRI Over MRI-scans die ook staand en zittend gemaakt kunnen worden
Noot
  1. De nieuwe generatie cochleaire implantaten zijn MRI-bestendig. Sommige implantaten werken normaal tot 1,5 à 3 tesla.