MRI-scanner
Een MRI-scanner is 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, magnetische resonantie-beeldvorming. Een oudere naam is NMR-scanner, van Nuclear Magnetic Resonance, oftewel kernspinresonantie maar deze term is in onbruik geraakt omdat hij bij leken het volledig onjuiste beeld van kernreacties en schadelijke straling opriep. De eerste die zich realiseerde dat met NMR beeldvorming van levend weefsel kon worden gemaakt was begin 1970 de Amerikaanse biofysicus Raymond Damadian. Tegen 1977 kon hij een eerste (enorm groot) prototype laten zien. Vanaf toen ging de ontwikkeling snel en ieder jaar worden er verbeteringen in de beeldvorming en verwerking aangebracht.
Inhoud |
[bewerk] Uiterlijk
Een 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 o.a. de apparatuur daarvoor maakt het apparaat nog steeds zo duur. Het sterke magneetveld maakt ook dat patiënten absoluut geen metalen of ferromagnetische voorwerpen mogen dragen bij een MRI-onderzoek. Recente vooruitgang in de vaste-stoffysica 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.
[bewerk] Werking
De MRI-scanner is gebaseerd op dezelfde technieken als de kernspinresonantie-spectroscopie zoals die in de chemische analyse wordt gebruikt.
De werking berust hierop dat isotopen met een oneven aantal kerndeeltjes, bijvoorbeeld waterstof en fosfor, een magnetisch veld maken. Dit minuscule magneetje 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 kun je te weten komen op welke plaats hoeveel waterstofkernen zitten. De enorme hoeveelheid metingen wordt in een krachtige 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.
Er zijn ook andere weefseleigenschappen waarvan een plaatje te maken is. Zo is de tijd te meten waarin de longitudinale spincomponent voor 63% vervalt, 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 T2 te meten. Dit is de tijd die het duurt voordat de transversale component voor 63% teruggegroeid is. T1-gewogen opnamen zijn te herkennen aan stralend wit vet, T2-opnamen aan de helderheid van het vocht.
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 3-d 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).
[bewerk] Beperkingen door het magneetveld
De aanwezigheid van sommige metalen voorwerpen in het lichaam van patiënten (endoprothesen, pacemakers, spiraaltjes) 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.
[bewerk] MRI en CT
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 mogelijk nadeel is dat de straling schade kan aanrichten in het lichaam. Een MRI-scanner meet het voorkomen van één element, vaak is dat waterstof. Een MRI-scanner stelt de patiënt niet bloot aan gevaarlijke straling. Er zijn echter 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 wat 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.
