Neuroradiologie voor coassistenten

Introductie

Welkom bij deze e-learning Neuroradiologie.

Je leert hier over de toepassing van enkele veelgebruikte radiologische onderzoeken in de neurologische diagnostiek.

 

Veel succes

Esther Sanchez en Ilse van Straaten

Twee soorten onderzoek

CT en MRI - uiterlijk

Computer Tomography (CT) en Magnetic Resonance Imaging (MRI) zijn twee technieken die gebruikt worden om de anatomie van (onder andere) de hersenen in beeld te brengen. Er zijn overeenkomsten en uiteraard verschillen tussen deze type scans.

DTI plaatje: By jgmarcelino from Newcastle upon Tyne, UK - https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31126898

CT en MRI - eigenschappen

CT en MRI hebben elk eigen kenmerken. 

MRI - de diepte in

Sequenties

MRI scans kunnen op verschillende manieren worden gemaakt. Door enkele parameters van het apparaat in te stellen krijg je een ander beeld, met andere eigenschappen. Zo'n beeld heet een sequentie. De meest gebruikte MRI sequenties zijn: T1 en T2.

Grofweg kun je T1 gebruiken voor het beoordelen van de lokalisatie van een afwijking en T2 voor de uitbreiding van een afwijking. Een T1 na toediening van intraveneus contrast (gadolinium) wordt gebruikt voor de beoordeling van de integriteit van de bloed-hersen barriere. Bij verlies van deze integriteit lekt er contrast uit de vaten naar de omgeving en dit wordt in beeld gebracht door de scan. Dit is nuttig bij hersentumoren en vermoeden op infecties.

 

   

 

Op een T1-gewogen beeld is liquor donker, en op een  regulier T2-gewogen beeld is liquor wit. 

Op indicatie kunnen nog andere sequenties worden gemaakt:

MRA: magnetic resonance angiography; voor beoordeling van morfologie en doorgankelijkheid van bloedvaten

DWI: diffusion weighted imaging; voor beoordeling van vrije beweging van watermoleculen.

PWI: perfusion weighted imaging; voor beoordeling van de microvascularisatie

 

MRI fysica - overzicht

Ook al zijn de fysische principes die ten grondslag liggen aan MRI geavanceerd (in 2003 is de Nobelprijs voor de fysiologie/geneeskunde toegekend aan MRI pioniers), je vindt het misschien toch leuk om er iets van te weten. Hierbij in een notendop hoe een MRI beeld wordt verkregen.

 

De basis van MRI is het meten van waterstofprotonen. De kern van een waterstofatoom heeft 1 proton en is positief geladen. Deze kern heeft een eigenschap die 'spin' wordt genoemd en die je je kunt voorstellen als een rotatie om de eigen as. Rotatie van een geladen deeltje heeft een corresponderend magnetisch veldje dat hier loodrecht opstaat. (Misschien kun je je de rechterhand-regel nog herinneren?)

 

 

 

In het menselijk lichaam hebben de waterstofprotonen een spin in willekeurige richting. Door de spin ontstaat een magnetisch veldje dat loodrecht op de spin staat en waarvan de richting bepaald wordt door de richting van de spin.

 

Nu komt de eerste MRItruc: Door een sterke magneet verandert de richting van de spin van alle protonen en is de richting van het magnetische veldje van alle protonen gelijkgesteld: in de richting van het magnetische veld.

De protonen zijn nu voorbereid op:

MRItruc 2: Er wordt door het apparaat een korte radiofrequentiepuls gegeven. Hierdoor nemen de protonen in dat gebied de energie op en verandert de richting van het magnetisch veldje van de protonen naar loodrecht op het magnetische veld. Als na een tijdje de energie van de radiofrequentiepuls op is, vallen de protonen weer terug in de richting van het magnetische veld. Deze verandering van de richting van de lading zendt een signaal uit en wordt door de MRI opgevangen en omgezet in een anatomisch plaatje.

Verschillende weefsels hebben verschillende samenstelling en daardoor is er een verschil in de tijd dat de waterstofprotonen terugvallen in de situatie van vóór de RF-puls. En geven ze een ander soort 'kleur' op de uiteindelijke afbeelding.

 

Hierna volgt een meer gedetailleerde beschrijving van dit proces (aangeduid met een waarschuwing). Dit is over te slaan als het je iets te technisch wordt.

Pas OP: Technisch: MRI fysica - proton spin principe

In de normale toestand hebben waterstofprotonen een spin die willekeurig gericht is. Je kunt dit zien alsof ze om hun as draaien in verschillende richtingen. De resulterende magnetische veldjes van de protonen (loodrecht op de spin) hebben daarom ook verschillende richtingen. De zgn ‘netto magnetisatie vector’ (de som van alle individuele magnetische vectoren) is daardoor 0.

Vervolgens wordt iemand in de MRI scanner gelegd. De scanner heeft een grote magneet ingebouwd. De sterkte van het magnetisch veld van de scanner wordt weergegeven in T (Tesla). De eerste scanners met medische toepassing hadden een magneet van 0.5 T. Tegenwoordig is 1.5 - 3 T gangbaar. Voor speciale doeleinden zijn er ook scanners met nog hogere veldsterkte. Door het magnetisch veld van de scanner krijgen alle protonen in het lichaam nu een spin om een as die loodrecht staat op het magnetisch veld. Sommige draaien linksom, andere rechtsom. De bijbehorende magnetische veldjes zijn evenwijdig aan het magnetisch veld van de scanner.

 

Maar: het aantal naar links en rechts is niet gelijk waardoor de netto magnetisatie vector (M0 genaamd) niet meer 0 is, maar nu naar links of rechts wijst.

De netto magnetisatie vector M0 is in deze rustsituatie gericht in de z-richting en heet dan Mz (rode pijl).

 

Pas OP: technisch: MRI radiofrequentiepuls principe

Dan komt de truc: er wordt een korte radiofrequentie puls gegeven in één vlak van het lichaam, loodrecht op het magnetische veld. Daardoor verandert de as van de protonspin en draait de M0 van de z-richting naar het xy-vlak:

 

Als de puls voorbij is, gaan de assen van de proton-spins zich weer schikken naar het magnetische veld en dus verandert de M0 weer ‘langzaam’ van de xy-richting naar de z-richting. De Mxy wordt steeds kleiner en tegelijkertijd wordt de Mz steeds groter:

Pas OP: technisch: relaxatietijden

De veranderingen van de grootte van het magnetisch veldje van de protonen worden dus in twee richtingen gemeten.

Het T1-signaal: de verandering in de z-as. In de beginsituatie, net na de RF-puls, is deze grootte klein. In de loop van de tijd (honderden ms) neemt deze steeds meer toe totdat alle protonen weer maximaal in lijn staan met de MRI magneet:

T1 principe

Als maat wordt aangehouden: de tijd (in ms) die het duurt totdat 63.2% van Mz is bereikt.

 

Het T2-signaal: de verandering van de grootte van het magnetisch veldje van de protonen in de xy-as (Mxy). In de beginsituatie, net na de RF-puls, is de grootte van dit signaal maximaal. In de loop van de tijd (honderden ms) neemt deze steeds meer af totdat alle protonen weer maximaal in lijn staan met de MRI magneet en de grootte in de xy-richting 0 is geworden:

T2 principe

Als eenheid van T2 tijd wordt aangehouden de tijd (in ms) die het duurt totdat Mxy is afgenomen tot 36.8% van de beginwaarde.

 

Wat zeggen die T1 en T2 tijden eigenlijk?

Deze tijden kunnen gezien worden als eigenschappen van het materiaal dat wordt gemeten.

 

T1 relaxatie tijd op een 3T MRI machine (wanneer 63.2% van de grootte van de Mz is bereikt):

CSF ~ 3000 ms

Witte stof ~ 830 ms

Grijze stof ~ 1330 ms

 

Op deze manier komt er contrast tot stand tussen de verschillende weefsels: Verschillende T1- en T2-relaxatietijden geven verschillende signaal-intensiteiten.

 

Achtergrond DWI

DWI staat zoals gezegd voor Diffusion Weighted Imaging. Het is een MRI techniek die gevoelig is voor de microscopische willekeurige beweging van watermoleculen. Hierbij worden de bewegingen gemeten van de extracellulaire en intracellulaire watermoleculen. In de normale situatie is er een vaste verhouding intra- en extracellulaire watermoleculen en bewegen de moleculen in de cellen minder vrij dan in de extracellulaire ruimte.

 

Een afname van de intra- of extracellulaire waterbewegingen veroorzaakt een verhoogd signaal op DWI: diffusierestrictie genoemd. Ook als het aandeel intracellulair water toeneemt ten opzichte van extracellulair is er een diffusierestrictie.

Dit kan voorkomen bij ischemie (waarbij cytotoxisch oedeem optreedt): toename van watermoleculen intracellulair waardoor de moleculen minder makkelijk vrij binnen de cel kunnen bewegen, en er is minder water in het extracellulaire compartiment.

Een andere oorzaak van diffusierestrictie is een abces: door de toegenomen viscositeit bewegen de watermoleculen minder makkelijk.

 

 

 

Casus 1

Een man van 60 jaar met een blanco voorgeschiedenis presenteert zich op de spoedeisende hulp omdat hij plotseling niet meer kan spreken. Op de SEH krijgt hij een gegeneraliseerde tonisch clonische epileptische aanval, hierna is hij enige tijd postictaal onrustig.

Bij neurologisch onderzoek is hij E3M5V2, beweegt hij zijn ledematen symmetrisch, reageert beiderzijds op een pijnprikkel en is verder door de onrust niet goed te beoordelen.

 

Er wordt een CT scan gemaakt vanwege de neurologische uitval (fatische stoornissen) en het insult. Dit is het resultaat:

 

Er is een hypodensiteit zichtbaar temporaal links met massawerking op de linker ventrikel.

 

Er wordt ook een CT-perfusie verricht:

Perfusiestoornis temporaal links.

 

De volgende dag is de man hersteld, er zijn bij neurologisch onderzoek geen afwijkingen. Wel heeft hij die nacht nog een keer een epileptisch insult doorgemaakt. Er wordt gestart met anti-epileptica vanwege het herhaalrisico van een insult bij een structurele afwijking.

Er wordt die week een MRI-scan gemaakt voor het verder onderzoeken van de uitgebreidheid en de aard van de afwijking op de CT.

 

Vervolg na drie maanden

Er wordt een follow up scan gemaakt na drie en na zes maanden. Ondertussen krijgt hij een behandeling.

De patiënt heeft geen insulten meer gehad, maar heeft hij steeds meer moeite om opdrachten te begrijpen. Hij praat wel vloeiend, maar wat hij zegt is veelal niet logisch en moeilijk te begrijpen. Hij kan ook woorden niet goed nazeggen en bij testen is het benoemen van plaatjes is gestoord.

   

 

Hierboven is de scan na drie maanden te zien (D = DWI). Er is toename van de grootte van de temporale afwijking en ook toename van de aankleuring.

 

Na zes maanden is dit het resultaat:

Nog verdere toename van de afwijking.

Samenvatting

Laten we de mogelijkheden bekijken.

Ten eerste: deze man heeft geen hersenbloeding doorgemaakt. Dit zou te zien zijn op de CT-scan op de eerste dag:

 

   

Scan van de patiënt.

versus een bloeding:

Een bloeding is hyperdens op de CT scan.

 

Vervolgens: past de beeldvorming bij een metabole of systemische oorzaak van de klachten?

Nee, deze zijn op beeldvorming bilateraal en vaak symmetrisch (bv. hypertensie, hypotensie, hypoglycemie) te zien. En niet gelateraliseerd.

 

Waarom is er dan geen sprake van een congenitale aandoening?

Een eerste uiting van een congenitale ziekte op de leeftijd van 60 jaar is zeer ongebruikelijk.

 

Een herseninfarct is ook onwaarschijnlijk: Op de DWI zou dan een diffusie-restrictie te zien moeten zijn.

Vergelijk maar:

 

DWI van deze patiënt                                      DWI bij herseninfarct

Conclusie

 

De beeldvorming past bij een hersentumor.

Hersentumoren worden ingedeeld in:

Primaire hersentumoren en metastasen van een tumor elders in het lichaam.

De primaire hersentumoren worden verder onderverdeeld:

  • Gliomen. Deze ontstaan uit gliacellen, de niet-neuronale cellen in het centrale zenuwstelsel (astrocyten en oligodendrocyten, ependymale cellen en microglia). Afhankelijk van het type gliacel dat prolifereert wordt de tumor verder ingedeeld in:
    • Astrocytoom (meest frequente subtype)
    • Oligodendroglioom
    • Medulloblastoom (uit immature cerebellaire stamcellen)
    • Ependymoom
  • Niet-gliale tumoren
    • Meningeoom
    • Acousticus neurinoom
    • Hypofyse adenoom

 

Bron: Robin Smithuis and Walter Montanera. https://radiologyassistant.nl/neuroradiology/brain-tumor-systematic-approach

 

De astrocytomen worden nog verder ingedeeld in ernst (van benigne naar maligne) op basis van pathologisch onderzoek van het weefsel:

  • Graad 1  (benigne) juveniele pilocytaire astrocytoom
  • Graad 2  fibrillair / diffuus astrocytoom
  • Graad 3  anaplastisch astrocytoom
  • Graad 4  glioblastoma multiforme

 

Afronding casus

De MRI kan gebruikt worden voor een voorlopige inschatting van de ernst van de hersentumor als er nog geen weefsel beschikbaar is.

Bijvoorbeeld:

Laaggradig (graad 1 en 2): geen aankleuring op de T1 met contrast:

 

Een MRI die past bij een hooggradige tumor (graad 3 en 4): aankleuring op de T1 met contrast:

 

Samenvatting van de casus:

Er is bij beeldvorming een ruimte-innemende massa gezien, die niet de kenmerken van een infarct of abces heeft. Met de aankleuring en snelle progressie in enkele maanden past dit bij een hooggradige tumor.

 

De diagnose bij PA was: Graad IV astrocytoom: Glioblastoma multiforme (GBM).

Casus 2

Presentatie

Een man van 23 jaar wordt door zijn moeder naar de spoedeisende hulp gebracht. Sinds een week heeft hij koorts, en daarbij ook in de loop van de week hoofdpijn. De huisarts schreef hem antibiotica voor na vermoeden op een bovenste luchtweginfectie. De dagen voor presentatie op de SEH werd hij geleidelijk steeds zieker en daarbij komt hij nu sinds enkele uren niet goed uit zijn woorden en valt hij regelmatig.

Bij lichamelijk onderzoek vallen petechieën aan armen en benen op.

Neurologisch onderzoek toont somnolentie met E3M6V4, een hemianopsie rechts, lichte hyperesthesie van de gehele rechter lichaamshelft.

Er wordt met spoed een CT-scan gemaakt in verband met de alarmsymptomen:

 

 

Er zijn geen afwijkingen gezien, dus de CT-scan geeft geen verklaring voor de neurologische verschijnselen.

De patient wordt opgenomen, krijgt ondertussen wel een behandeling in verband met het vermoeden van een infectie en na twee dagen wordt de scan herhaald. De uitvalsverschijnselen nemen iets af.

Er zijn verschillende hypodense gebieden te zien, frontaal en parietaal beiderzijds.

Vervolg casus

Er wordt een MRI gemaakt voor nadere analyse van de aard en uitgebreidheid van de afwijkingen:

Bilateraal multipele laesies, T2 hyperintens, T1 hypointens, geen aankleuring.

Aanvullende Diffusion Weighted Images (DWI):

De scans duiden op multifocale ischemie.

Er is diffusierestrictie op de DWI, en de T1 en T2 passen meer bij infarcering dan bij abces (er is bijvoorbeeld geen aankleuring, en de vorm is wat vlekkerig op T2).

Ischemie is een dynamisch proces, waarbij CT afwijkingen veranderen over de tijd:

 

CT-scan van een infarct in verschillende stadia: 1. acute fase met subtiele hypodensiteit in de basale kernen en de insula links, 2. subacute fase met scherpe grenzen en toegenomen massa-effect van de laesie (na 1-2 dagen) en 3. chronische fase met weefselverlies (na enkele weken).

 

De drie grote cerebrale arteriën (de aa. cerebri anterior, media en posterior) hebben ieder hun eigen hersengebied dat ze van bloed voorzien. Door te kijken naar de lokalisatie van de ischemie, kun je dus bepalen welke arterie hiermee te maken heeft:

Robin Smithuis, https://radiologyassistant.nl/neuroradiology/brain-ischemia-vascular-territories

Vervolg casus

Omdat de infarcten bilateraal en zowel in het anterieure (carotis) en posterieure (basilaris) stroomgebied gelegen zijn, is het mechanisme naar alle waarschijnlijkheid: een cardiale emboliebron.

In combinatie met de klinische presentatie met tekenen van een infectie is de diagnose endocarditis met cardio-embolische complicaties gesteld.

Twee weken later was er in de linker hals van de patiënt een pulserende zwelling te zien.

Op de CT angiografie, waarbij intravasculair contrast wordt gegeven, is de zwelling zichtbaar. Hij kleurt ook aan:

Dit is een mycotisch aneurysma, ook een complicatie van de endocarditis.

Afsluiting

Dit is het einde van de e-learning. 

Hierin heb je:

- kennis gemaakt met de diverse beeldvormende technieken voor hoofd en hals

- meer geleerd over beeldvorming bij hersentumoren en herseninfarcten

 

We hopen dat het leerzaam was en dat je er in het coschap neurologie plezier van zult hebben.