MRI techniek

  • MRI indicaties

  • MRI technische achtergrond

  • Algemene MRI termen

  • MRI sequenties

De MRI techniek is erg complex en er zijn vele boeken over geschreven. Het is daarom onmogelijk alles tot in detail te bespreken. 
Dit college is met name gericht op praktische MRI informatie. Het eerste deel zal in het kort de achterliggende techniek bespreken. Vervolgens worden enkele veel gebruikte termen en MRI onderzoeken besproken.
Onderaan het college is een tabel met een overzicht van de besproken MRI sequenties.

MRI indicaties

MRI staat voor Magnetic Resonance Imaging en is gebaseerd op magnetische resonantie van waterstof protonen. 
Met name kleine contrastafwijkingen in de weke delen van het lichaam kunnen goed in beeld gebracht worden m.b.v. de MRI. MRI is dan ook t.o.v. een CT scan beter in het visualiseren van weke delen pathologie.  
Vrijwel alles kan afgebeeld worden met de MRI scanner. De indicatie lijst is lang en wordt alsmaar langer door de nieuwe technische ontwikkelingen. Hieronder een overzicht om een idee te krijgen waar de MRI o.a. allemaal voor ingezet kan worden (fig. 1)

Figuur 1. Overzicht MRI indicaties. HNP = Hernia Nuclei Pulposi, MRCP = Magnetic Resonance Cholangio-Pancreatography, IBD = Inflammatory Bowel Disease.

MRI technische achtergrond

  • Excitatie
  • Relaxatie

Excitatie

Het waterstofproton is het meest voorkomende atoom in ons lichaam en kan o.a. teruggevonden worden in water (lichaam bestaat > 70% uit water) en vet. Waterstofprotonen zijn elektrisch geladen (H+) en kunnen beschouwd worden als kleine magneetjes met een noordpool & een zuidpool. Hierdoor zijn waterstofprotonen gevoelig voor externe magnetische velden. 
Elke proton draait 360° om zijn eigen as (zoals een draaiende tol) en heeft een positieve en een negatieve pool. Om de MRI techniek te begrijpen moet je je ervan bewust zijn dat elke proton met een bepaalde snelheid ronddraait, de zogenaamde Larmor frequentie (fig. 2). Door de draaiing zal het proton zich steeds in een andere fase bevinden (= een momentopname). De relevantie van de zogenaamde fase waarin het proton zich bevindt zal verderop in het college toegelicht worden.

Figuur 2. Larmor frequentie en fase (‘momentopname’)

Wanneer waterstofprotonen in een sterk extern magnetisch veld komen (zoals het magnetisch veld van de MRI scanner) dan zal het merendeel van de waterstofprotonen zich parallel rangschikken aan het sterke externe magnetisch veld. De meeste waterstofprotonen ‘wijzen met de neus ’ naar de dezelfde kant. 
De som van de richting & kracht van de parallel gerangschikte protonen wordt op papier weergeven als een vector; de netto magnetisatie. In de literatuur wordt dit weergegeven met een pijl. 
Wanneer een patiënt in de MRI scanner wordt gelegd zal het merendeel van de protonen zich parallel rangschikken aan het magnetisch veld van het MRI apparaat. In deze rusttoestand zal de netto magnetisatie (vector) altijd wijzen richting het hoofd van de patiënt.  
De Z-as is de aanduiding van het magnetisch veld van de MRI scanner. Dit wordt ook wel de B0 genoemd (fig. 3).

Figuur 3. De protonen rangschikken zich parallel aan het magnetisch veld van het MRI apparaat; de Z-as,ook wel de B0 genoemd)

Ondanks dat protonen parallel gerangschikt zijn in de rusttoestand zullen ze toch een verschillende draaiende tol-beweging  hebben. Anders gezegd, de waterstofprotonen draaien niet synchroon, dit wordt ook wel  ‘uit-fase’ genoemd.
Waterstofprotonen kunnen getriggerd worden door radiofrequente pulsen met een specifieke frequentie. Als de frequentie van het waterstofproton (= Larmor frequentie) overeenkomt met de uitgezonden radiofrequente golf dan zal resonantie optreden. Er vindt dan een overdracht van energie plaats (zoals een brekend glas bij een zingende operazangeres). Dit wordt excitatie genoemd. Door de excitatie zullen alle waterstofprotonen spontaan op een gelijke wijze rond gaan draaien, ze draaien in-fase. De gegeven radiofrequente puls zal niet alleen zorgen dat de protonen in-fase gaan draaien, maar het zal ook de magnetisatie van de protonen roteren in een vlak dat loodrecht op de Z-as staat; de XY-as (=  het transversale vlak) Voor visualisatie van de netto magnetisatie vector is het goed een assenstelsel  van X, Y en Z te gebruiken (fig. 4).

Figuur 4. Excitatie. Een 90° rotatie van de netto magnetisatie naar het transversale vlak. De rode pijl geeft de richting van de netto magnetisatie aan. RF puls = radiofrequentie puls.

Bij rotatie naar de XY-as zal de netto magenetisatie van de protonen  veranderen van longitudinale magnetisatie(= Z-as) naar transversale magnetisatie (= XY-as)
De mate van rotatie naar de XY-as is afhankelijk van sterkte en duur vande gegeven radiofrequentie puls. Dit kan variëren van 1° tot 180° en wordt ook wel de 'flip angle' genoemd.
Samengevat: door het geven van radiofrequentie pulsen zullen de protonen in-fase gaan draaien en ‘geflipt’ worden van de Z-as (= longitudinale vlak) naar de XY-as (= transversale vlak) Dit proces wordt excitatie genoemd. Wanneer de protonen geflipt worden naar de XY-as zal de longitudinale magnetisatie afnemen en de transversale magnetisatie toenemen. 
Uiteindelijk worden de gecreëerde magnetische signaalwijzigingen opgevangen door ontvangstspoelen om vervolgens verwerkt te worden tot het MRI beeld (dit onderdeel zal niet verder uitgewerkt worden in dit college).

Belangrijk: signaal kan alleen opgepikt en verwerkt worden indien:

  1. De protonen zich in het transversale vlak bevinden(= XY-as) Toelichting:  kleine toegebrachte signaalwijzigingen zullen in de Z-as in het niets vallen bij het sterke magnetische veld van het MRI apparaat (= Z-as/B0). Anders gezegd, je kan alleen signaal meten in het transversale vlak.

    &
     
  2. De protonen moeten in-fase zijn. Toelichting: als de protonen niet in fase zijn dan is de som van alle microscopische transversale magnetisatie samen verwaarloosbaar klein (protonen ‘doven elkaar uit’ als ze niet gelijk lopen)


Relaxatie

Wanneer de radiofrequente puls uitgezet wordt zullen de protonen terugkeren naar hun oorspronkelijke rusttoestand; terugkering van XY-as naar de Z-as. Dit wordt relaxatie genoemd. Tijdens de relaxatie vinden er twee verschillende onafhankelijke processen plaats; de longitudinale relaxatie (= T1 relaxatie) en de transversale relaxatie (= T2 relaxatie). Nogmaals, deze twee processen staan los van elkaar en moeten als twee verschillende processen gezien worden.

T1 relaxatie

Bij de T1 relaxatie zullen de protonen terugkeren naar hun oorspronkelijke positie  en de verkregen energie van de radiofrequentie puls afgeven aan de omgeving. Bij de T1 relaxatie wordt beschreven wat er in de Z-as gebeurd (fig. 5).

Figuur 5. Na het uitzetten van de radiofrequentie (RF) puls is er sprake van T1 relaxatie; de longitudinale magnetisatie neemt toe. 

De T1 relaxatietijd is gedefinieerd als de tijd die nodig is om 63% van de originele longitudinale magnetisatie (in Z-as) te bereiken (fig. 5) Elk weefsel heeft zijn eigen  T1 relaxatietijd en curve (fig. 6).

Figuur 6. T1 relaxatietijden van vet en water. 

Vet heeft een korte relaxatietijd t.o.v water omdat het zijn verkregen energie gemakkelijker aan de omgeving kan afgegeven.

T2 relaxatie

Tegelijkertijd verandert er ook iets in het transversale vlak; de protonen die synchroon draaien (= in fase) zullen na het uitzetten van de radiofrequente golf niet meer synchroomndraaien (= uit fase); dit proces wordt defasering genoemd. Defasering ontstaat doordat het magnetisch veld van de MRI scanner niet 100% homogeen is. De protonen zullen beïnvloed worden door de onregelmatigheden in het magnetisch veld en niet meer synchroom ronddraaien. Protonen zijn te beschouwen als kleine magneten en versterken daardoor de defasering. Toelichting: beschouw het in-fase lopen van de protonen als een groep soldaten die synchroon marcheren. Wanneer de commandant (‘radiofrequente puls’) de soldaten niet meer toespreekt (‘radiofrequente puls wordt uitgezet’) dan zullen de soldaten (‘protonen’) niet meer synchroon marcheren. Een soldaat (‘proton’) in de groep hoeft maar te struikelen en er ontstaat een snelle kettingreactie van soldaten (‘protonen’) die niet meer synchroon lopen. 
Defasering is een ongewenst fenomeen gezien de protonen in-fase moeten zijn om signaal op te vangen met de ontvangstspoelen. 

Bij de T2 relaxatie wordt beschreven wat er in de XY-as gebeurt. 
Om verwarring te voorkomen: de netto magnetisatie bestaat uit zowel een longitudinale component (Z-as) als een transversale component (XY-as). Samen vormen ze de netto magnetisatie vector. Figuur 7 geeft een weergave van alléén het transversale component wanneer de protonen in-fase zijn. 

Figuur 7. Bij het geven van een radiofrequente (RF) puls zullen de protonen in het transversale vlak (XY-as) in-fase zijn.

Defasering bij de T2 relaxatie verloopt snel en vindt veel sneller plaats in vergelijking tot de T1 relaxatie. Wanneer de radiofrequente puls uitgezet wordt zal een verlies optreden van de transversale magnetisatie (fig. 8/9).

Figuur 8. Defasering treedt op na het uitzetten van de radiofrequente (RF) puls. 

De T2 relaxatietijd is gedefinieerd als de tijd die nodig is om tot 37% van de originele waarde te defaseren. Elk weefsel heeft zijn eigen T2 relaxatietijd en curve (fig. 9).  Vet heeft in vergelijking tot water een korte T2 relaxatietijd en zal dus sneller defaseren.

Figuur 9. T2 relaxatietijden van vet en water. 

Algemene MRI termen

Signaalintensiteit:
Bij de MRI spreek je over een lage,  intermediaire en een hoge signaalintensiteit. Afhankelijk van het scanprotocol wordt het weefsel als wit  (= hoge signaalintensiteit), als een grijstint (= intermediaire signaalintensiteit) of als donkergrijs/zwart (= lage signaalintensiteit) weergegeven.
 
Gradiënt:  
Een extra magnetisch veld dat handmatig toegevoegd kan  worden aan het  magnetische veld van het MRI apparaat. Op deze manier wordt er een extra onderverdeling gemaakt in het ‘totale’ magnetische veld. Gradiëntspoelen worden o.a.  gebruikt om de locatie van de protonen in de X, Y en Z-as te bepalen.

Sequentie:  
Combinatie van radiofrequente pulsen en gradiënten ( = ‘toegevoegde magnetische velden’)  die samen de bouwblokken vormen voor een MRI serie. Zo praat je bijvoorbeeld over een ‘T1 gewogen sequentie’ en een ‘T2 gewogen sequentie’.

MRI sequenties

  • T1 gewogen opname
  • T2 gewogen opname
  • PD gewogen opname
  • Gradiënt & spin echo sequentie
  • Vetsuppressie
  • MRI contrast
  • Diffusie gewogen opname
  • In-uit-fase

Voor het onderscheid tussen normale anatomie en pathologie zijn contrastverschillen nodig. Contrast wordt verbeterd wanneer twee gebieden die dicht bij elkaar liggen een hoge en een lage signaalintensiteit hebben. Er zijn heel veel verschillende MRI sequenties (>100) en alle proberen het weefselcontrast zou goed mogelijk te optimaliseren.
Elk MRI beeld is opgebouwd uit een T1 component en een T2 component (zie ook onderdeel Relaxatie). Het is mogelijk een van twee componenten voor een groot deel uit te schakelen, zodat je resp. een T1 gewogen of een T2 gewogen opname overhoudt. Een speciale vorm is de proton density (PD) gewogen opname. Met deze sequentie kan het aantal protonen per volume gevisualiseerd worden. Hiervoor dient zowel het T1 component als het T2 component uitgeschakeld te worden.
Hieronder volgt een korte beschrijving van enkele veel gebruikte MRI sequenties. 

T1 gewogen opname 

Het gecreëerde contrast op het beeld wordt met name bepaald door het verschil in T1 relaxatietijd tussen vet en water. Vet heeft een hoge signaalintensiteit (wit) en water een lage signaalintensiteit (zwart).
Waarom heeft vet een hoge signaalintensiteit op een T1 gewogen opname? 
Antwoord: vet heeft een kortere T1 relaxatietijd t.o.v. water.  
Toelichting: vet zal door de korte T1 relaxatietijd sneller herstel tonen van de longitudinale magnetisatie (Z-as). Wanneer een tweede radiofrequente puls van 90 graden gegeven wordt is water nog niet volledig hersteld in het longitudinale vlak.  Vet zal na de tweede puls een grotere uitslag maken t.o.v. water en  zorgen voor meer transversale magnetisatie (fig. 10). Ter herinnering, signaal kan alleen opgevangen en verwerkt worden in het transversale vlak. Hoe groter de transversale magnetisatie van het weefsel, hoe meer signaal er opgevangen wordt. Bij herhaling van de radiofrequente pulsen zal uiteindelijk vet een grotere bijdrage leveren aan het uiteindelijke MRI beeld en dus als een hoog signaal (wit) weergegeven worden. 

Figuur 10. Door het herhalen van radiofrequente (RF) pulsen zal vet in vergelijking tot water uiteindelijk meer transversale magnetisatie tonen.

In de praktijk worden T1 gewogen opname met name gebruikt voor het beoordelen van de normale anatomie. 
Het is goed om te onthouden dat slechts enkele structuren een hoge signaalintensiteit (=wit) hebben op een T1 gewogen opname: vet, bloed, gadolinium (=contrast), melanine , eiwit (bijv. eiwitrijke cyste). Verder kan een hoog signaal ook gezien worden bij specifieke MRI artefacten en stapelingsziekten (wordt verder niet besproken in dit college).
Water en collageneus weefsel (ligamenten, pezen, littekens) hebben een lagere signaalintensiteit op T1 gewogen opname (fig. 11).


 

Figuur 11. Signaalintensiteiten bij T1 gewogen opname. Het weefsel kan afhankelijk van de hoeveelheid eiwit een intermediaire of hoge signaalintensiteit (SI) hebben.

Het speerpunt van T1 gewogen opname is de weergave van de normale anatomie, m.n. van het bewegingsapparaat (fig. 12). Wanneer de signaalintensiteit van het vethoudende beenmerg (hoog op T1!) vervangen wordt voor een lagere signaalintensiteit, dan moet je bedacht zijn op beenmergoedeem of beenmerginfiltratie (fig. 13/14).

Figuur 12. T1 gewogen opname in transversale richting van de bovenbenen. Normale anatomie.

Figuur 13. X-pols linker hand: geen afwijkingen. T1 gewogen opname in coronale richting: fractuurlijn midpolair in het os scaphoïdeum (rode lijn) met reactief botoedeem.

Figuur 14. X-bovenbeen/knie links: lytische laesie in het femur met meerlagige periostreactie en een weke delen massa (PA diagnose: osteosarcoom). De T1 gewogen opname geeft een duidelijke visualisatie van de permeatieve cortexdestructie en de doorbraak in de weke delen. Merk ook de afwijkende lage signaalintensiteit van het beenmerg op (vet is vervangen door tumor).

T2 gewogen opname

Kenmerkend voor een T2 gewogen opname is de hoge signaalintensiteit van water. Pathologie gaat vaak gepaard met oedeem/vocht en om deze reden is een T2 sequentie uitermate geschikt om pathologie op te sporen (fig. 15).

Figuur 15. Hersentumor met rondom (reactief) oedeem fronto-pariëtaal links. Zowel de tumor als het oedeem heeft een hoge signaalintensiteit op de T2. PA diagnose: lymfoom.

Lucht en verkalkingen hebben net als bij een T1 gewogen opname een zeer lage signaalintensiteit.
Tip: weet je niet zeker of je te maken hebt met lucht of verkalkingen? Kijk of je een van beide terug kan vinden op een röntgenopname/CT onderzoek! 

Figuur 16. Signaalintensiteiten bij T2 gewogen opname. Lever, pancreas en bijnieren kunnen door de gevarieerde individuele vochthoudendheid een lage of intermediaire signaalintensiteit (SI) hebben. 

Tip: zoek altijd naar vochthoudende structuren (liquor, galblaas, blaas) om te bepalen of je met een T1 of een T2 gewogen opname te maken hebt. Vocht heeft een hoge signaalintensiteit op een T2 gewogen opname. NB vet is een minder betrouwbare marker om het onderscheid tussen T1 en T2 te maken (zeker gezien de ontwikkeling van nieuwe soorten MRI sequenties).

PD gewogen opname

Met de proton density (PD) gewogen opname kan het aantal protonen per volume gevisualiseerd worden. Om dit te bereiken wordt zowel het T1 component als het T2 component zo goed mogelijk uitgeschakeld (de technische achtergrond wordt voor het gemak in dit college achterwegen gelaten).
Weefsels met weinig protonen geven een lage signaalintensiteit en weefsels met veel protonen geven een hoge signaalintensiteit. 
Vet heeft een relatief hoge signaalintensiteit, echter nog niet zo hoog als op een T1 gewogen opname. Vocht heeft een intermediaire signaalintensiteit i.p.v. de hoge signaalintensiteit zoals bij een T2 gewogen opname.
Een PD gewogen opname wordt o.a. gebruikt bij de beoordeling van meniscus scheuren van de knie (fig. 17).
Verder kan een PD sequentie o.a. in een MRI hersenen van waarde zijn bij de beoordeling van grijze/witte stof pathologie. Toelichting: een PD geeft in tegenstelling tot een T2 gewogen opname een goed onderscheid tussen de grijze en witte stof (grijze stof heeft een hogere signaalintensiteit t.o.v. de witte stof). Op een T2 gewogen opname is het onderscheid tussen liquor en pathologie niet goed te maken; beide zijn hoog van signaal. Op een PD gewogen opname zal het contrast tussen liquor (intermediaire signaalintensiteit) en pathologie (hoge signaalintensiteit) beter te maken zijn.

Figuur 17. PD gewogen opname in sagittale richting van de knie bij twee verschillende patiënten (op niveau van de mediale meniscus). Links toont een intacte meniscus en rechts is er sprake van een scheur in de achterhoorn van de mediale meniscus. Merk ook op dat vocht (hydrops & Bakerse cyste) een intermediaire signaalintensiteit hebben op de PD.

Gradiënt & spin echo sequentie

Op de werkvloer wordt regelmatig gesproken over een ‘gradiënt’ en een ‘spin echo’. Hierbij is het belangrijk te weten dat het hier gaat om een techniek die toegepast kan worden op een T1, T2 en PD sequentie. De gradiënt & spin echo techniek kunnen gezien worden als twee grote families waarbinnen meerdere varianten mogelijk zijn.  
Kort samengevat: de gradiënt techniek heeft een kortere scantijd in vergelijking tot spin echo techniek en wordt o.a. ingezet voor angiografie, hersenen, hart,  abdomen en functionele MRI. Een groot nadeel van de gradiënt techniek is gevoeligheid voor artefacten (hemoglobine bij bloed en prothese/osteosynthesemateriaal).
De andere techniek waarvoor gekozen kan worden is de spin echo. De traditionele spin echo techniek werd veel gebruikt vanwege de vele toepassingsmogelijkheden. Tegenwoordig is de spin echo verder ontwikkeld tot een snellere sequentie;  de fast spin echo (FSE) en de single shot fast spin echo (SSFSE). De scantijd is hierdoor verkort tot enkele minuten, met als resultaat minder bewegingsartefacten. Ondanks dat de spin echo minder snel is (t.o.v. de gradiënt) is de techniek toch geliefd om zijn beeldkwaliteit. De fast spin echo sequenties worden veel gebruikt bij het afbeelden van het abdomen (o.a. MRCP), bekken (urogenitaal) en het bewegingsapparaat (m.n. bij prothesemateriaal!).
Praktische tip: 
- voor het detecteren van bloedproducten is de gradiënt een goede keuze. 
- een spin echo techniek geeft minder ongewenste artefacten bij een prothese en osteosynthesemateriaal

Susceptibiliteit artefact
Magnetische susceptibiliteit houdt in dat protonen met hun eigen interne magnetisatie een interactie aangaan met het externe magnetisch veld. Anders gezegd: het is de mate waarin weefsel magnetisch wordt als gevolg van blootstelling aan een magnetisch veld. Wanneer twee weefsels met een verschillende magnetische suseptibiliteit bij elkaar liggen dan kunnen er lokale veldinhomogeniciteiten ontstaan. Deze verstoring zorgt voor een versnelling van de defasering en zal uiteindelijk leiden tot signaalverlies danwel vervorming van het beeld. Deze suseptibiliteitsartefacten ontstaan bij metalen (afhankelijk van metaalsoort) en natuurlijke overgangen zoals lucht-weefsel (sinus-hersenparenchym)en bot-omliggend weefsel. Ook het bloedproduct hemoglobine kan op een gradiënt echo sequentie zorgen voor susceptibiliteit artefacten. Ondanks dat dit een ongewenst fenomeen is kan het ook ingezet worden om laesies te karakteriseren. Een veel gebruikte gradiënt echo is de SWI sequentie (Susceptibility Weighted Imaging) sequentie (fig. 18).

Figuur 18. Recente bloeding bij cerebrale vasculaire malformatie. SWI = Susceptibility Weighted Imaging.

Vetsuppressie

Het onderdrukken van vetweefsel is een van de vele mogelijkheden die ingezet kan worden bij een MRI sequentie.
Bij vrijwel alle abdomen MRI onderzoeken is het gewenst het signaal van vetweefsel te onderdrukken. De gecreëerde lage signaalintensiteit van vet geeft hierdoor een groter contrast met de vaten & pathologie (hoge signaalintensiteit!).
Ook bij het afbeelden van het skelet kan het handig zijn een sequentie te maken met vetsuppressie. Beenmerg is namelijk vethoudend en kan op een T2 gewogen opname beenmergoedeem maskeren. 
Er zijn meerdere technische mogelijkheden om het vetweefsel te onderdrukken. Een veelgebruikte sequentie is de STIR (short-tau inversion recovery) sequentie en de SPIR (spectral pre-saturation inversion recovery) sequentie. Beide zijn T2 gewogen opnames. 
Je kan de vetsuppressie ook herkennen aan de afkorting FatSat, dit staat voor Fat Saturation (bijv. T2wFatSat).
Tip: je herkent de vetsuppressie gemakkelijk door naar het subcutane vet te kijken (fig. 19). Als deze laag van signaal is dan heb je te maken met een vetsuppressie sequentie. De techniek kan 'als extra' toegepast worden bij zowel een T1, T2 als PD gewogen opname.

Figuur 19. STIR sequentie in transversale richting van de bovenbenen. Merk ook op dat er een fraaie contrastering ontstaat met de vaten (vocht!).

MRI contrast

Veel voorkomende indicaties voor een MRI onderzoek met contrast:

  • Detecteren van laesies (tumor/metastasen, abces)
  • Karakterisatie van laesies (bijv. leverlaesies)
  • Afbeelden van vaten/vaatpathologie (= MR angiografie)

Een contrast serie wordt over het algemeen gecombineerd met een T1 gewogen opname. Gezien pathologie vaak gepaard gaat met vocht heeft een combinatie van contrast en een T2 gewogen opname weinig waarde (NB zowel vocht als contrast geven een hoge signaalintensiteit).
Er zijn meerdere soorten contrastmiddelen op de markt. Een veel gebruikt contrastmiddel is gadolinium (Gd). Gadolinium heeft een paramagnetische eigenschap en verlaagt de T1 relaxatietijd van de protonen die het contrast absorberen. Als gevolg zullen deze protonen een hogere signaalintensiteit (=witter) krijgen. Naast gadolinium zijn er ook andere soorten contrastmiddelen die gebruikt worden (bijv. het leverspecifieke contrastmiddel Primovist). Deze worden alleen op indicatie gebruikt.
Voor een correcte beoordeling van aankleuring dient een serie voor en een serie na contrast gemaakt te worden. Een vetsuppressie techniek kan gebruikt worden om vet niet te verwarren met aankleuring (NB vet heeft een hoge signaalintensiteit op de T1 gewogen opname).
Hieronder een voorbeeld van een hersentumor (fig. 20) en een voorbeeld van een klassiek aankleuringspatroon van een hepatisch hemangioom (fig. 21). Verdere details over aankleuringspatronen worden niet besproken in dit college.

Figuur 20. Tumor in de rechter hemisfeer, met name goed visualiseerbaar na toediening van gadolinium. De tumor gaat uit van de dura mater (= harde hersenvlies). PA diagnose: meningeoom.

Figuur 21. T1 + Gd sequentie; lever serie in de transversale richting. De beelden tonen het typische aankleuringspatroon van een hemangioom (langzame progressieve invulling met contrast vanuit de periferie)

Diffusie gewogen opname

Diffusie gewogen opname, ookwel Diffusion Weighted Imaging (DWI), is tegenwoordig onmisbaar in de radiologie.
Diffusie omvat de willekeurige beweging van moleculen in een substantie; de Brownse beweging.
De diffusie gewogen opname is een zeer snelle techniek waarbij het diffusiegedrag van de waterstofmoleculen onder verschillende veldsterkten wordt bepaald. De verkregen diffusiebeelden zijn T2-gewogen opname.
De mate van bewegelijkheid van de protonen is o.a. afhankelijk van (fig. 22):

  1. Cellulariteit van het weefsel; veel vs. weinig cellen (in celrijk weefsel is er een relatief lagere diffusie)
  2. Integriteit van het celmembraan. Bij infarcering zal de ionenpomp van het celmembraan kapot gaan en zullen ionen & water binnen in de cel blijven (= cytotoxisch oedeem). Hierdoor neemt de intracellulaire druk toe,  met als gevolg een verminderde intracellulaire diffusie.
  3. Belemmering vloeistof; grote vs. kleine moleculen. In weefsels met grote moleculen is er een relatief lagere diffusie. 

Figuur 22. Mate van diffusie (protonen + pijlen) in verschillende situaties.

Wanneer de protonen vrijelijk kunnen bewegen en dus wegdiffunderen zal signaalverlies optreden bij de DWI. Dit kan bijvoorbeeld gezien worden bij liquor. Achtergrondinfo: om signaal te krijgen moet het proton twee pulsen ontvangen. Als het proton de tweede puls niet ontvangt (omdat het bewegelijke proton van plaats is veranderd), zal er signaalverlies optreden.
Bij een verminderde diffusie (= diffusie restrictie) is er een beperkte bewegelijkheid van de protonen, dit wordt weergegeven als een hoge signaalintensiteit op de DWI. Dit kan gezien worden bij o.a. cytotoxisch oedeem en ontsteking. 
Het is belangrijk om te weten dat de DWI een sterke T2  gewogen opname is. Ter herinnering; weefsels met een hoog watergehalte geven een hoge signaalintensiteit op een T2 gewogen opname. Om zeker te weten dat we te maken hebben met een afgenomen diffusie van het weefsel moeten we het T2-effect eruit filteren. Hiervoor wordt een kwantitatieve berekening van de diffusie gemaakt; de zogenaamde ADC-map (apparent diffusion coëfficiënt). De ADC-map filtert het T2-effect eruit en geeft inverse beelden. Er is pas sprake van een verminderde diffusie wanneer het weefsel een hoge signaalintensiteit heeft op de DWI opname en een lage signaalintensiteit op de ADC opname (fig. 23).
Als zowel DWI als de ADC een hoge signaalintensiteit hebben dan is er sprake van een T2 effect zonder diffusiecomponent. Beter bekend als het T2 shine-through (= T2-doorschijneffect). Een voorbeeld hiervan is (reactief) vasogeen oedeem. Bij vasogeen oedeem is er toename van vrijelijk bewegelijk water in de extracellulaire ruimte. Dit kan ontstaan als reactie bij een tumor.  

Figuur 23. Signaalintensiteit van DWI en ADC bij diffusie restrictie, toegenomen diffusie en T2 shine-through. 

Onthoud: kijk voor de beoordeling van de diffusie altijd ook naar de ADC. We spreken pas van diffusie restrictie als het weefsel een hoge signaalintensiteit heeft op de DWI en een lage signaalintensiteit op de ADC.

Figuur 24. Diffusie restrictie t.g.v. cytotoxisch oedeem bij een infarct in de linker hemisfeer (media stroomgebied). De DWI heeft een hoge signaalintensiteit en de ADC een lage signaalintensiteit. Merk ook de (fysiologische) toegenomen diffusie op van het liquor.

Naast de bovengenoemde pathologie kan diffusie restrictie ook voorkomen bij celrijke tumoren (o.a. epidermoïd en lymfoom).
Het is een goede tool voor het onderscheiden van acute ischemie (= gestoorde diffusie) vs. chronische ischemie en pus in een abces (= gestoorde diffusie) vs. necrose in een tumor.
Diffusie restrictie betekent niet dat we altijd met pathologie te maken hebben. Zo zullen bijvoorbeeld het myelum, testes/stroma van de ovaria, milt/lymfeklieren en rood beenmerg alle diffusie restrictie tonen. De reden voor de verminderde bewegelijkheid in deze weefsels is niet geheel duidelijk en hangt mogelijk samen met de hoge cellulariteit. 
De laatste jaren wordt er veel onderzoek gedaan naar nieuwe toepassingen voor het detecteren/karakteriseren van pathologie middels diffusie gewogen opname (o.a. bij prostaatcarcinoom). Ook kan het mogelijk een extra tool zijn voor de beoordeling van therapie-effect op tumoren; afname van tumor cellulariteit na behandeling zal kunnen leiden tot een afname van de diffusie restrictie. 

In-uit-fase

Een in-uit-fase is een gradiënt sequentie en wordt gebruikt als hulpmiddel om microscopisch vet in een laesie/orgaan te detecteren. Het wordt met name gebruikt bij de evaluatie van bijnier massa’s (vethoudende adenoom vs. bijniercarcinoom) en vettige infiltratie van de lever. 
Achtergrond: de protonen in vet en water hebben gering verschil in Lamor frequentie waardoor een zogenaamd chemical shift artefact kan ontstaan (details over chemical shift artefact wordt in dit college niet verder besproken).
De serie bestaat uit twee onderdelen; de in-fase sequentie en de uit-fase sequentie. Tijdens het aflezen van het signaal op de in-fase sequentie bevinden de protonen van het vet en het water zich (ondanks het geringe verschil in Lamor frequentie) precies in dezelfde fase. De protonen zijn in-fase en geven daardoor signaal af.
Het aflezen van het signaal bij de uit-fase sequentie wordt net op een ander moment gedaan, het moment dat de protonen van het vet en het water zich niet precies in dezelfde fase bevinden. Dit leidt uiteindelijk tot signaalverlies (NB de protonen zijn uit-fase).
Voorbeeld: een vethoudende bijnierlaesie heeft op de in-fase sequentie een hoge signaalintensiteit en een lage signaalintensiteit op de uit-fase (fig. 25).

Figuur 25. T2 gewogen opname & in/uit-fase van de buik in transversale richting. Op de T2 gewogen opname is een bolvormige massa uitgaande vanuit de rechter bijnier te zien. Op de uit-fase serie treedt  er in vergelijking tot de in-fase signaalverlies op van de laesie, een teken van microscopisch vet. Diagnose: vetrijke bijnieradenoom. 
Toevalsbevinding: merk op dat de gehele lever vervet is! 

De in-uit fase sequenties is dus een handige sequentie om microscopisch vet aan te tonen in een laesie.
Informatie of een tumor wel of geen vet bevat kan je soms helpen met de differentiaaldiagnose.

Overzicht MRI sequenties

Vanzelfsprekend is het niet mogelijk alle MRI sequenties te bespreken in dit college. Hieronder volgt een overzicht van enkele veel gebruikte MRI sequenties en hun toepassingen (fig. 26)

Figuur 26. Overzicht MRI sequenties. *De makers van de MRI sequenties gebruiken veel verschillende afkortingen, de bovenstaande afkortingen zul je waarschijnlijk het meest tegenkomen. Voor een compleet overzicht van de MRI sequentie afkortingen kan o.a. gekeken worden op de website  IMAIOS.com – e-MRI – sequences – acronyms.

Bronnen

  • C. Westbrook et al; MRI in Practice. 2011
  • R. Bitar et al; MR Pulse Sequences: What Every Radiologist Wants to Know but Is Afraid to Ask. Radiographics 2006.
  • G.B. Chavhan et al; Diffusion-weighted Imaging in Pediatric Body MR Imaging: Principles, Technique, and Emerging Applications. Radiographics 2014.
  • IMAIOS.com
  • E.J. Blink; MRI principes. 2004

Auteur

Annelies van der Plas, AIOS radiologie MCA/LUMC

6 maart 2015