Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Beeldvormende technieken (MBT)
Verschillende beeldvormende technieken laten verschillende eigenschappen zien. Om goed te weten
welke techniek het meest geschikt is voor een specifieke vraagstelling is het belangrijk te begrijpen
welke eigenschappen dat zijn. Een belangrijk onderscheid in dit verband is dat tussen anatomische
(hoe ziet het eruit?) en functionele (wat doet het?) afbeeldingen.
Röntgen CT Scintigrafie PET MRI
Dimensie 2D-projectie 3D-reconstructie 2D-projectie 3D-reconstructie 3D-reconstructie
Type Anatomisch Anatomisch Functioneel Functioneel Anatomisch
Straling Röntgen Röntgen Gamma Gamma (tracer Radiogolven
produceert 𝛽 +)
Methode Absorptie Absorptie Emissie Emissie Emissie
Eigenschap Totale Verzwakkings- Totale Activiteit (of Combinatie van
verzwakking coëfficiënt activiteit concentratie waterstofdichtheid,
langs lijn langs lijn tracer) T1 en T2
boven pixel boven pixel
in plaatje in plaatje
Magnetic resonance imaging (MRI)
Het bijzondere van MRI, in vergelijking met andere technieken, is dat er niet één eigenschap wordt
afgebeeld, maar een combinatie van drie weefseleigenschappen: waterstofdichtheid, T1 en T2. Hoe
zwaar elk van die drie meeweegt in het uiteindelijke plaatje hangt af van de instellingen van de MR-
scanner en van de samenstelling van het gescande weefsel. Met de MR-scanner kunnen naast
anatomische afbeeldingen ook functionele afbeeldingen gemaakt worden, bijvoorbeeld door het
gebruik van contrastmiddelen die selectief worden opgenomen, maar ook door bijzondere
instellingen van de scanner te gebruiken (repetitietijd en echotijd).
Principes
Bij MRI wordt gebruik gemaakt van het magnetisme van atoomkernen. Een waterstofatoom bestaat
uit een kern (proton en neutron) en elektronen. De kern tolt om zijn eigen as (precessie) met een
bepaalde snelheid (Larmourfrequentie). De elektrische lading van deze spinnende kern levert een
magnetisch veld op. Deze kernspin kan met zijn as gedraaid worden naar de richting van een
magnetisch veld, dit wordt kernspinresonantie genoemd (denk aan een tol die om de richting van de
zwaartekracht draait). Waterstof is erg gevoelig voor kernspinresonantie en wordt daarom gebruikt
bij MRI. Bij MRI worden de kernen blootgesteld aan een elektromagnetische puls met dezelfde
frequentie als de precessiefrequentie. De precessie van de waterstofkernen richt zich vervolgens
tegen dit veld. Deze spinnende waterstofkernen leveren nu zelf een magnetisch veld in één richting,
wat kan worden gemeten door de MRI. Daarnaast vallen de kernen ook weer terug naar hun
uitgangspunt, waarbij een signaal terug wordt gestuurd in de vorm van radiogolven. Deze
radiogolven hebben een golflengte evenredig
aan hun larmourfrequentie ( = c/f).
Er wordt gezorgd dat de veldsterkte (B, in
Tesla (T)) varieert langs het lichaam (een
gradiënt). Aangezien de gyromagnetische
verhouding (y/2π) afhankelijk is van de soort
kern, zal deze gelijk blijven. Hierdoor varieert
dus ook de frequentie (fL) langs het lichaam,
welke terug te vinden is in de radiogolven.
389
, Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Beeldreconstructie
De waterstofkernen sturen dus radiogolven terug met eenzelfde frequentie als de excitatiepuls,
waardoor kernen in één lijn van het lichaam (zie figuur vorige pagina) een unieke frequentie van
radiogolven. Met een Fourieranalyse kunnen de opgevangen signalen (op verschillende plekken)
opgesplitst worden in verschillende frequentiecomponenten. Door herhaalde opnames te maken
met een gradiënt in verschillende richtingen (veranderen van richting van het MRI-apparaat zorgt
voor het geluid), ontstaan lijnen in verschillende richtingen. Door gebruik van back-projection (lijnen
over elkaar om punt te vinden) kan de waterstofdichtheid in een plak gereconstrueerd worden.
T2-relaxatie (uitwaaiertijd)
Na de excitatiepuls raken de spinnende kernen uit
fase, sommige kernen sneller dan andere (door
kleine verschillen in de chemische binding van het
waterstofatoom). Hierdoor kunnen de radiogolven
elkaar tegen gaan werken, waardoor de
signaalsterkte afneemt. Dit wordt “uitwaaieren”
genoemd. De tijd die het kost om tot 37% van de
signaalsterkte van het begin te komen, heet dan
ook de uitwaaiertijd (T2).
Uitwaaieren gaat sneller, wanneer de atomen vaster zitten. Dus hoe vloeibaarder, hoe korter de
uitwaaiertijd. De T2 is dan ook verschillend voor verschillende weefsels (zie figuur). De tijd tussen
excitatie en meting van de radiogolven wordt de echotijd (TE) genoemd. Bij een langere echotijd
hebben de kernen meer tijd om te vervallen en uit fase te raken, waardoor meer contrast ontstaat.
Een langere T2 geeft een licht beeld, een kortere T2 een donker beeld.
T1-relaxatie (overeindkomtijd)
Zoals eerder genoemd, neemt de signaalsterkte af
wanneer de spinnende kernen uit fase zijn raken.
Dus niet wanneer ze minder gekanteld staan
(uitleg in figuur). De spinnende kern moet weer
rechtop staan (parallel aan het magneetveld)
voordat hij mee kan doen met de volgende puls.
Als de kernen bij de volgende excitatiepuls nog
niet overeind staan, krijg je een kleiner signaal
(want er doen dus minder kernen
mee). Hoe korter de pulsen na elkaar
komen, hoe kleiner dus het
beginsignaal dat uitgezonden wordt.
De tijd die het kost om tot 63% van de
waterstofkernen weer overeind te
hebben staan (beginsignaalsterkte)
heet de overeindkomtijd (T1). De tijd
tussen excitatie en de volgende puls
wordt de repetitietijd (TR) genoemd.
Ook T1 verschilt per weefsel door de
binding met atomen. Een langere T1
geeft een donker beeld, een kortere
T1 een lichter beeld.
390
Beeldvormende technieken (MBT)
Verschillende beeldvormende technieken laten verschillende eigenschappen zien. Om goed te weten
welke techniek het meest geschikt is voor een specifieke vraagstelling is het belangrijk te begrijpen
welke eigenschappen dat zijn. Een belangrijk onderscheid in dit verband is dat tussen anatomische
(hoe ziet het eruit?) en functionele (wat doet het?) afbeeldingen.
Röntgen CT Scintigrafie PET MRI
Dimensie 2D-projectie 3D-reconstructie 2D-projectie 3D-reconstructie 3D-reconstructie
Type Anatomisch Anatomisch Functioneel Functioneel Anatomisch
Straling Röntgen Röntgen Gamma Gamma (tracer Radiogolven
produceert 𝛽 +)
Methode Absorptie Absorptie Emissie Emissie Emissie
Eigenschap Totale Verzwakkings- Totale Activiteit (of Combinatie van
verzwakking coëfficiënt activiteit concentratie waterstofdichtheid,
langs lijn langs lijn tracer) T1 en T2
boven pixel boven pixel
in plaatje in plaatje
Magnetic resonance imaging (MRI)
Het bijzondere van MRI, in vergelijking met andere technieken, is dat er niet één eigenschap wordt
afgebeeld, maar een combinatie van drie weefseleigenschappen: waterstofdichtheid, T1 en T2. Hoe
zwaar elk van die drie meeweegt in het uiteindelijke plaatje hangt af van de instellingen van de MR-
scanner en van de samenstelling van het gescande weefsel. Met de MR-scanner kunnen naast
anatomische afbeeldingen ook functionele afbeeldingen gemaakt worden, bijvoorbeeld door het
gebruik van contrastmiddelen die selectief worden opgenomen, maar ook door bijzondere
instellingen van de scanner te gebruiken (repetitietijd en echotijd).
Principes
Bij MRI wordt gebruik gemaakt van het magnetisme van atoomkernen. Een waterstofatoom bestaat
uit een kern (proton en neutron) en elektronen. De kern tolt om zijn eigen as (precessie) met een
bepaalde snelheid (Larmourfrequentie). De elektrische lading van deze spinnende kern levert een
magnetisch veld op. Deze kernspin kan met zijn as gedraaid worden naar de richting van een
magnetisch veld, dit wordt kernspinresonantie genoemd (denk aan een tol die om de richting van de
zwaartekracht draait). Waterstof is erg gevoelig voor kernspinresonantie en wordt daarom gebruikt
bij MRI. Bij MRI worden de kernen blootgesteld aan een elektromagnetische puls met dezelfde
frequentie als de precessiefrequentie. De precessie van de waterstofkernen richt zich vervolgens
tegen dit veld. Deze spinnende waterstofkernen leveren nu zelf een magnetisch veld in één richting,
wat kan worden gemeten door de MRI. Daarnaast vallen de kernen ook weer terug naar hun
uitgangspunt, waarbij een signaal terug wordt gestuurd in de vorm van radiogolven. Deze
radiogolven hebben een golflengte evenredig
aan hun larmourfrequentie ( = c/f).
Er wordt gezorgd dat de veldsterkte (B, in
Tesla (T)) varieert langs het lichaam (een
gradiënt). Aangezien de gyromagnetische
verhouding (y/2π) afhankelijk is van de soort
kern, zal deze gelijk blijven. Hierdoor varieert
dus ook de frequentie (fL) langs het lichaam,
welke terug te vinden is in de radiogolven.
389
, Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen
Beeldreconstructie
De waterstofkernen sturen dus radiogolven terug met eenzelfde frequentie als de excitatiepuls,
waardoor kernen in één lijn van het lichaam (zie figuur vorige pagina) een unieke frequentie van
radiogolven. Met een Fourieranalyse kunnen de opgevangen signalen (op verschillende plekken)
opgesplitst worden in verschillende frequentiecomponenten. Door herhaalde opnames te maken
met een gradiënt in verschillende richtingen (veranderen van richting van het MRI-apparaat zorgt
voor het geluid), ontstaan lijnen in verschillende richtingen. Door gebruik van back-projection (lijnen
over elkaar om punt te vinden) kan de waterstofdichtheid in een plak gereconstrueerd worden.
T2-relaxatie (uitwaaiertijd)
Na de excitatiepuls raken de spinnende kernen uit
fase, sommige kernen sneller dan andere (door
kleine verschillen in de chemische binding van het
waterstofatoom). Hierdoor kunnen de radiogolven
elkaar tegen gaan werken, waardoor de
signaalsterkte afneemt. Dit wordt “uitwaaieren”
genoemd. De tijd die het kost om tot 37% van de
signaalsterkte van het begin te komen, heet dan
ook de uitwaaiertijd (T2).
Uitwaaieren gaat sneller, wanneer de atomen vaster zitten. Dus hoe vloeibaarder, hoe korter de
uitwaaiertijd. De T2 is dan ook verschillend voor verschillende weefsels (zie figuur). De tijd tussen
excitatie en meting van de radiogolven wordt de echotijd (TE) genoemd. Bij een langere echotijd
hebben de kernen meer tijd om te vervallen en uit fase te raken, waardoor meer contrast ontstaat.
Een langere T2 geeft een licht beeld, een kortere T2 een donker beeld.
T1-relaxatie (overeindkomtijd)
Zoals eerder genoemd, neemt de signaalsterkte af
wanneer de spinnende kernen uit fase zijn raken.
Dus niet wanneer ze minder gekanteld staan
(uitleg in figuur). De spinnende kern moet weer
rechtop staan (parallel aan het magneetveld)
voordat hij mee kan doen met de volgende puls.
Als de kernen bij de volgende excitatiepuls nog
niet overeind staan, krijg je een kleiner signaal
(want er doen dus minder kernen
mee). Hoe korter de pulsen na elkaar
komen, hoe kleiner dus het
beginsignaal dat uitgezonden wordt.
De tijd die het kost om tot 63% van de
waterstofkernen weer overeind te
hebben staan (beginsignaalsterkte)
heet de overeindkomtijd (T1). De tijd
tussen excitatie en de volgende puls
wordt de repetitietijd (TR) genoemd.
Ook T1 verschilt per weefsel door de
binding met atomen. Een langere T1
geeft een donker beeld, een kortere
T1 een lichter beeld.
390
