Floepende magneetjes en verdwijnende elektronen

Floepende magneetjes en verdwijnende elektronen
Zes manieren om in je lijf te kijken
noorderlicht.vpro.nl, december 2006
Er zijn nogal wat verschillende beeldvormende technieken. Hoe werken ze? En welke voor- en nadelen kleven
eraan? Biomedicus Klaas Nicolay zet de mogelijkheden op een rij.
Een van de meest gebruikte beeldvormingstechnieken is MRI, wat staat voor magnetische resonantie imaging. De patiënt ligt
hierbij in een magneetveld dat meer dan tienduizend maal sterker is dan het magnetische veld van de aarde. De
waterstofatomen in het lichaam van de patiënt gaan zich dan gedragen als kleine magneetjes en zich richten naar het veld. Als
deze atomen vervolgens worden bestookt met radiogolven nemen ze energie op en gaan ze zich tijdelijk van het magneetveld
africhten. Na een tijdje 'floepen' ze terug en zenden ze weer radiogolven uit. Die golven vertellen waar de watermoleculen zitten,
en daarmee verraden ze veel over het weefsel. Uit deze informatie kan een computer een driedimensionaal beeld opbouwen.
"Een groot voordeel van MRI is dat het voor zover bekend geen nadelige effecten heeft voor de patiënt," legt Klaas Nicolay uit.
Hij is hoogleraar biomedische magnetische resonantie aan de Technische Universiteit Eindhoven. "Daarom is het een geschikte
technologie om vaker te gebruiken bij dezelfde patiënt." Maar er zijn ook nadelen: "MRI is duur en niet erg snel. Bovendien heb
je deskundig personeel nodig om de apparatuur te bedienen en de beelden te interpreteren."
In een MRI scanner lig je in een magnetisch veld dat meer dan tienduizend keer zo sterk is als het aardmagneetveld.
Een MRI-scan van een knie.
Gewone MRI levert prachtige anatomische beelden. Een afgeleide techniek, functionele MRI oftewel fMRI, laat zien wat er
gebeurt in het lichaam. Een voorbeeld: een plaatselijk verhoogde hersenactiviteit zorgt voor een grotere bloedstroom naar het
betreffende gebied, om het van extra zuurstof te voorzien. De scanner maakt die verhoogde doorbloeding met zuurstofrijk bloed
zichtbaar.
Een minder veilige maar ook veelgebruikte techniek is computertomografie, kortweg CT. Deze methode werkt met
röntgenstraling, maar in tegenstelling tot de traditionele röntgenfotografie levert CT driedimensionale afbeeldingen op. Dit kan
doordat het lichaam vanuit veel verschillende hoeken plakje voor plakje wordt doorgelicht. Een computer combineert alle
informatie tot een driedimensionaal beeld van het gescande object.
Het gebruik van schadelijke röntgenstraling zorgt ervoor dat artsen alleen CT-scans maken als ze geen goed alternatief hebben.
"Vooral bij kinderen is er een groot risico, omdat stralingsschade juist op lange termijn gevaarlijk is," aldus Nicolay. "Verder
moeten we vaak contrastmiddelen injecteren, omdat anders alleen de botten genoeg straling blokkeren om zichtbaar te worden.
Niet elke patiënt kan tegen deze contrastmiddelen." De reden dat CT toch wordt toegepast is zijn snelheid en de relatief hoge
resolutie van de beelden. Bovendien is de apparatuur een stuk makkelijker te bedienen dan een MRI-scanner.
Een fMRI-scan van een vrijwilliger die naar gezichten kijkt. (U.S. National Library of Medicine)
Een tumor op het hart, zichtbaar gemaakt met een CT-scanner.
Positronemissietomografie, oftewel PET, lijkt op CT voor wat betreft het stralingsrisico -behalve dan dat de straling nu van
binnenuit komt. Bij een PET-scan wordt de patiënt namelijk geïnjecteerd met radioactief gelabelde moleculen. Zo'n molecuul
vervalt na een tijdje tot lichtere moleculen en produceert daarbij een positron (een anti-elektron). Het positron botst op zijn
beurt kort daarna op een elektron, waarbij beide deeltjes in het niets verdwijnen. Het enige wat van ze overblijft is een tweetal
fotonen (lichtdeeltjes), die in exact tegengestelde richtingen wegschieten. Door te zoeken naar fotonen die de detector precies
tegelijk bereiken, kan het apparaat bepalen waar het molecuul zich bevond op het moment dat het verviel.
"PET levert specifiekere informatie op dan MRI," legt Klaas Nicolay uit. "Met MRI kijk je alleen naar watermoleculen. Het
radioactief gelabeld molecuul bij een PET-scan kun je tot op zekere hoogte zelf kiezen. Je hebt zo minder last van
achtergrondstraling en bovendien heb je meer controle over de plaats waar je moleculen uiteindelijk terechtkomen." Ook is PET
relatief gevoelig.
Maar een scan is niet zomaar gemaakt. Nicolay: "Als je een atoom nodig hebt dat erg snel vervalt, heb je weinig tijd om die naar
de patiënt te vervoeren vanuit het cyclotron, waar het geproduceerd wordt." Hoewel ook bij PET sprake is van stralingsbelasting,
is dit minder schadelijk dan bij CT. "Bij PET komen de radioactieve moleculen alleen op bepaalde plekken in het lichaam terecht
en ze worden bovendien snel weer uitgescheiden."
PET scan van een niet-roker en een roker, waarop het enzym monoamine oxidase B zichtbaar is gemaakt, dankzij een radioactieve stof
die aan het enzym bindt.
Een SPECT opname van een schildkliertumor (rood) van de universiteitskliniek Erlangen (Duitsland).
Single photon emission computed tomography, kortweg SPECT, lijkt erg op PET, maar werkt met radioactieve isotopen die maar
één lichtdeeltje uitzenden als ze vervallen. Waar ieder lichtdeeltje precies vandaan komt, is daarom veel moeilijker te bepalen.
Dat maakt SPECT-beelden een stuk minder gedetailleerd. Ook is de methode traag. Toch is SPECT volgens Klaas Nicolay de
meest gebruikte techniek in de nucleaire geneeskunde. "Dat komt doordat de scanners niet al te duur zijn en de radioactieve
isotopen over het algemeen makkelijker hanteerbaar zijn dan bij PET. De SPECT-isotopen vervallen namelijk aanzienlijk
langzamer."
Beeldvorming kan ook veel simpeler: met echografie. Daarbij wordt het lichaam bestookt met ultrasone geluidsgolven, die boven
de menselijke gehoorgrens liggen. Deze golven weerkaatsen op de grensvlakken tussen hardere en zachtere weefsels. Uit deze
gereflecteerde geluidsgolven kan een computer een beeld maken. Hoewel niet zo gedetailleerd als CT en MRI, is het
tegenwoordig toch wel mogelijk om driedimensionale beelden te maken met echografie. Dit wordt gedaan door
tweedimensionale echobeelden te combineren op een vergelijkbare manier als de plakken in een CT-scanner aan elkaar geregen
worden.