Meten in de haarvaten van de hersenen
 |
| MRI-fysicus dr. Thijs van Osch: 'Juist bij ziektes van de hele hersenen, zoals Alzheimer, heb je weinig aan vergelijkingen van hersengebieden. Dan wil je weten: wat is de totale doorbloeding?' |
Hersenen hebben zuurstof en voedingsstoffen nodig. Die worden erheen getransporteerd door het bloed. 'Als je de doorbloeding van de hersenen kunt meten, weet je dus iets over de gezondheidstoestand van de hersenen', zegt Thijs van Osch. Van Osch is natuurkundige, en werkt als Veni-onderzoeker bij de afdeling neuroradiologie in het LUMC.
Hersendoorbloeding
Een slecht doorbloed gebied in de hersenen van een patiënt die een beroerte heeft gehad, waarschuwt de arts: hier bestaat gevaar op schade. En omgekeerd is een erg hoge doorbloeding bij een hersentumor een teken dat de tumor agressief is. Een agressieve tumor wil groeien, en heeft daarvoor voedingsstoffen nodig. Van Osch: 'Maar ook migraine, Alzheimer en infectieziekten gaan gepaard met veranderingen van de hersendoorbloeding.'
Niet exact genoeg
Neuroradiologen zouden de hersendoorbloeding dus erg graag willen meten om een betere diagnose te kunnen stellen. Daar is sinds 1994 een techniek voor, een speciale vorm van MRI (magnetic resonance imaging), maar die is nog niet exact genoeg om op patiënten los te laten. Thijs van Osch heeft een Veni-beurs verdiend om de techniek te perfectioneren, zodat artsen deze kunnen inzetten om zo vroeg mogelijk diagnoses te stellen, het ziekteverloop te volgen en de effecten van medisch ingrijpen te kunnen zien.
Anatomische scans
Als het Van Osch gaat lukken, komt er een aanvulling op de 'ouderwetse' anatomische MRI-scan. Van Osch: 'De kliniek vaart nu nog puur op anatomische scans. Daarmee kan schade aan de hersens worden afgebeeld. Ze werken prima als je wilt weten of ergens een infarct of een tumor zit. Maar eigenlijk wil je veel liever weten waar in de hersenen een groot risico bestaat op het ontstaan van schade. Punt is dat hersenschade of tumorgroei vaak voorafgegaan wordt door veranderingen in de hersendoorbloeding. Vroegere diagnose zou ook kunnen leiden tot een snellere en dus betere behandeling van de patiënt.'
Contrastvloeistof
De techniek waar Van Osch aan werkt, heet perfusion MRI, of bolus-tracking MRI. Hij maakt gebruik van een contrastmiddel dat net iets andere magnetische eigenschappen heeft dan het bloed zelf. Daardoor wordt een verstoring van het magnetisch veld veroorzaakt, die met behulp van een MRI-scanner zichtbaar gemaakt kan worden. Die signalen worden opgepikt, wiskundig bewerkt, en in een beeld samengevat. Door de vormveranderingen in de passage van de contrastvloeistof (de bolus) af te zetten tegen de tijd, kan worden berekend hoeveel bloed het te onderzoeken gebied in de hersenen bereikt.
 |
| MRI opnames van twee patiënten met een hersentumor. Links staan de anatomische MRI foto's; rechts staan de MR-perfusie metingen. Bij de bovenste patiënt valt te zien dat de tumor een lage doorbloeding heeft, wat wijst op een langzaam groeiende tumor. Bij de onderste patiënt is een zeer hoge doorbloeding binnen de tumor te zien, wat kenmerkend is voor een agressieve tumor. De hersentumoren zijn aangegeven met een pijl. |
Veilig
Van Osch: 'Je injecteert in de armvenen heel snel een bepaalde hoeveelheid contrastmiddel. Dat is overigens erg veilig; binnen een halve dag wordt het weer uitgescheiden door de nieren, en allergische reacties komen bijna niet voor. Na het inspuiten maak je om de seconde plaatjes van de hersenen, om te kijken hoe snel het contrastmiddel door het hersenweefsel stroomt. Uiteindelijk doe je een meting in een groot vat in de hals, en één op hersenweefselniveau. Die vergelijk je, en zo meet je de doorbloeding van het hersenweefsel.'
Steegjes
De bloedvoorziening van hersenweefsel bestaat uit ultradunne bloedvaatjes met een diameter van 4 micrometer, dus vierduizendste millimeter. 'Het is of je kijkt naar een landkaart. Je hebt snelwegen, je hebt wegen de stad in en wegen de stad uit. Waar je naartoe wilt, zijn de allerkleinste steegjes in de stad. Hoeveel auto's zitten daar, via welke weg zijn ze gekomen, en hoe snel gaan ze?'
Slimme experimenten
De techniek is veelbelovend, en wetenschappelijk onderzoek heeft al aangetoond dat veranderingen in de doorbloeding veel informatie geven over hersenziektes. Maar om de techniek in de kliniek te gebruiken moet hij absoluut betrouwbaar en flexibel inzetbaar zijn. En dat is hij nog niet. Het meest fundamentele probleem is het meten zelf. Van Osch: 'Hoe weet je dat het klopt wat je meet? Het is heel moeilijk om op een andere manier de hersendoorbloeding te meten, dus je moet hele slimme experimenten verzinnen om te weten of je meting correct is.'
Arterie in de hersenen
Een belangrijke factor van onzekerheid is de meting in het grote vat in de hals. 'Eigenlijk wil je die inputmeting veel liever doen in een arterie die zo dicht mogelijk bij het gebied in de hersenen ligt waarvan je de doorbloeding wilt meten. Vlak na de meting in de hals kan bijvoorbeeld al een vernauwing zitten die een vormverandering van de passage veroorzaakt, en je meting beïnvloedt. Wij gaan dus proberen die inputmeting zoveel mogelijk naar boven te verhuizen, naar een arterie in de hersenen zelf.'
 |
| Opname met behulp van een microscoop van het vaatbed in de hersenen. Goed valt te zien hoe de vaatboom van de hersenen zich opsplitst van grotere vaten tot aan de haarvaten. |
Het tweede probleem is dat de resolutie nog onvoldoende is. Van Osch: 'We willen bijvoorbeeld graag onderzoeken of de hersendoorbloeding slechter wordt bij veroudering. We weten dat bij veroudering de grijze stof, de cortex, dunner wordt. Maar op de resoluties die nu in klinisch onderzoek gebruikt worden, kun je geen onderscheid maken tussen een dunne cortex met een goede doorbloeding, en een dikke cortex met een slechte doorbloeding. Dus weet je nog niks. We willen flexibel zijn en steeds kunnen kiezen: maken we een scan met een lagere resolutie van een groter deel van de hersenen, of een scan met een hoge resolutie van een klein stukje hersenweefsel.'
Nieuwste scanners
Ten slotte moet de techniek nog aangepast worden aan de nieuwste typen MRI-scanners, die een steeds hogere magneetveldsterkte hebben, en daardoor betere beelden opleveren. Hogere magneetsterktes stellen andere eisen aan bijvoorbeeld de contrastvloeistof, maar ook aan de instellingen van de scanner. De techniek moet op scanners van verschillende magneetsterktes gebruikt kunnen worden, en de resultaten moeten onderling vergelijkbaar zijn.
FMRI
Er bestaat nog een andere vorm van MRI waarmee de hersendoorbloeding in beeld gebracht wordt: de functionele MRI. Met deze techniek, die ook pas sinds begin jaren '90 bestaat, wordt in beeld gebracht welke hersengebieden bij hersenactiviteit sterker doorbloed worden dan andere. Het is daardoor bijvoorbeeld een onmisbaar instrument voor cognitiewetenschappers om de functies van de verschillende hersengebieden te achterhalen.
Van Osch: 'Het verschil is: fMRI meet alleen doorbloedingsveranderingen bij hersenactiviteit. Het blijven dus kwalitatieve metingen; je meet in termen van minder of meer. En we willen ook weten hoeveel bloed er in een bepaalde tijd precies door de hersenen stroomt. Juist bij ziektes van de hele hersenen, zoals Alzheimer, heb je weinig aan vergelijkingen van hersengebieden. Dan wil je weten: wat is de totale doorbloeding? Als je hersenhelften vergelijkt, wat in wetenschappelijk klinisch onderzoek wel gedaan wordt, houd je er bovendien geen rekening mee dat de andere hersenhelft misschien wel te veel bloed heeft. Je mag er bij patiënten eigenlijk nooit vanuit gaan dat er gezond hersenweefsel is. We moeten echt kwantitatieve metingen hebben.'
(13 juni 2006/HP)