beeldvorming

Question 1

letstelstudies

Answer 1

1. algemeen
   - hersenletsels gevolgen voor gedrag + belangrijke methode hersenactiviteit relateren aan gedrag
   - 19de eeuw: letsel aan linkerkant hersenen > resultaat vaker taalproblemen (dan rechterkant)
2. toepassingen
   - voordeel: beschikbaarheid mensen met goed gedocumenteerde hersenschade
   - ‘natuurlijke letsels’ = diffuus patroon van afwijkend gedrag;
   - letsels niet tot één plaats beperkt (ook aangrenzende of gerelateerde gebieden) > moeilijk achterhalen welke gedragsgevolgen veroorzaakt door welke hersenschade
   - bij dieren: letsels chirurgisch aangebracht > stukje uit hersenen (doel: gedragsgevolgen bestuderen)

Question 2

temporele en spatiële resolutie van beeldvormingstechnieken

Answer 2

1. betekenis
   - twee maten die aangeven hoe nauwkeurig apparaat is in het meten van hersenen;
   - temporele resolutie: maat voor nauwkeurigheid;
   - spatiële resolutie: nauwkeurigheid met betrekking tot locatie
2. voor- en nadelen qua spatiële of temporele resolutie
   - specifieke gebieden vereisen hoge spatiële resolutie;
   - precieze timing vraagt hoge temporele resolutie
   - lagere getallen (mm of seconden) > betere resolutie, zoals bij foto’s (meer pixels) of hogere beeldsnelheid in video

Question 3

beeldvorming

Answer 3

1. betekenis
   - technieken om de werking van de hersenen te bestuderen
2. structurele beeldvormingstechnieken (neuro-anatomisch):
   - belang in kliniek om pathologie in hersenen zichtbaar te maken;
   - algemeen: hoge spatiële resolutie (zowel spatiële als temporele sterk afh van scaninstellingen)
   - twee technieken: CT-scan en MRI-scan

Question 4

computertomografie (CT)

Answer 4

1. betekenis
   - ontwikkeling: hersenweefsel relatief korte tijd gedetailleerd in beeld (door gebruik röntgenstralen)
   - ‘tomo’ = plakjes (Grieks) en ‘grafie’ = fotografie > hersenen plak voor plak in beeld
2. CT-scannerapparaat
   - gemotoriseerde bron van röntgenstraling die spiraalvorming rond hoofd patiënt draait
   - werking: verschillende bundels röntgenstralen vanuit verschillende hoeken door hoofd gestuurd;
   - elke hoek heeft beeld van dun plakje van hersenen
   - tegenover röntgenbron bevinden zich ‘röntgendetectors’ = meten sterkte van de straling en sturen door naar computer

Question 5

onderdelen van CT-scanner: computer

Answer 5

1. algemeen
   - op basis wiskundige algoritmes berekenen waar absorptie sterker of minder sterk is
   - tweedimensionaal beeld construeren, of doorsneebeelden van hersenen achter elkaar leggen > driedimensionaal beeld
2. doel
   - neuro-radioloog gedetailleerd binnenkant hoofd bekijken (reeks dunne plakjes of coupes)
   - belangrijke informatie over mogelijke afwijkingen aflezen

Question 6

afwijkende morfologie vastgesteld met CT

Answer 6

1. algemeen
   - atrofie (verlies hersenweefsel) bij dementie, lokale of gegeneraliseerde zwelling na hersentrauma of aangeboren afwijking
   - meeste ziekteprocessen gepaard met toename watergehalte hersenweefsel > op CT-scan is dit weefsel donkerder afgebeeld (hypodens) ten opzichte van normaal hersenweefsel
   - bloed en kalk zijn wit (hyperdens)
2. toepassing in kliniek
   - in acuut stadium bij ziekenhuisopname snel uitspraak kunnen doen
   - vb. acute beroertes > diagnose of het om hersenbloeding of herseninfarct gaat;
   - of na trauma ontdekt worden of er sprake is van grote contusiehaarden of schedelbasisfractuur

Question 7

tekortkomingen van de CT-scan

Answer 7

1. beperkte onderscheidende vermogen in hersenweefsel
   - subtiele afwijkingen in grijze en witte stof niet te zien > MRI veelal de voorkeur
2. blootstelling aan ioniserende straling bij CT-scan > cellen en DNA beschadigen
   - kans op het veroorzaken van kanker en staar, waardoor gebruik moet worden afgewogen bij kinderen of vrijwilligers zonder medische indicatie

Question 8

voordelen van de CT-scan

Answer 8

1. snelle beschikbaarheid en lage kosten
   - CT wordt vaak gebruikt in ziekenhuizen > vooral in acute situaties
2. indicatie bij acute neurologie
   - CT kan snel duidelijk maken of spoedeisend neurochirurgisch ingrijpen nodig is
   - volledige beeldvorming tegelijkertijd in één scan = bloedvaten, hersenweefsels en botten
3. minder gevoelig voor beweging = door snelheid van scannen is CT-scan minder gevoelig voor beweging (in vergelijking met MRI)
4. geschikt bij contra-indicaties voor MRI = ook geschikt voor patiënten met metalen, implantaten, medische hulpmiddelen of claustrofobie (MRI niet mogelijk)

Question 9

magnetic resonance imaging (MRI)

Answer 9

1. betekenis
   - belangrijkste techniek in onderzoek naar opbouw en werking van en naar stoornissen in hersenen
   - ronde buis waaromheen een sterke magneet zit (die permanent aanstaat);
   - produceert homogeen magnetisch veld (eenheid Tesla: meeste ziekenhuizen veldsterkte van 1,5 of 3 / wetenschappelijk onderzoek = 7 Tesla)
2. werking
   - sterke magneet > resultaat: betere signaal-ruisverhouding en meer gedetailleerde beeldvorming;
   - keuze van scanner hangt af van benodigde onderzoek en desbetreffende patiënt
   - beeld met 1,5 Tesla-scanner is gedetailleerd genoeg voor meeste klinische doeleinden

Question 10

voordelen van MRI

Answer 10

1. hoge spatiële resolutie
   - nauwkeurig in kleine hersengebieden kijken naar opbouw en functie van hersenweefsel
2. toepassing zonder straling
   - geen gebruik van ioniserende straling = veilige techniek;
   - ook toepasbaar bij kinderen en voor herhaaldelijk gebruik
   - spatiële resolutie, en als nodig is ook temporale resolutie, hangen af van gebruikte sequentie

Question 11

functionele beeldvormingstechnieken

Answer 11

1. betekenis
   - brengen de neurobiologische processen van hersenen in kaart
   - kliniek: welke hersengebieden getroffen bij herseninfarct (of celdichtheid van hersentumor inschatten)
   - wetenschappelijk onderzoek: relatie tussen gedrag en neurale activiteiten
2. belangrijkste beeldvormingstechnieken:
   - Elektro-encefalografie (EEG) & Event-Related Potential (ERP)
   - Magneto-encefalografie (MEG)
   - Transcraniale Magnetische Stimulatie (TMS)
   - Positron Emissie Tomografie (PET)
   - functionele MRI (fMRI)

Question 12

elektro-encefalogram (EEG)

Answer 12

1. werking elektro-encefalograaf
   - neuronaal signaal = voor deel elektrisch geladen
   - op hoofdhuid enkele tientallen metalen schijfjes (elektroden) aangebracht + geleidende contactvloeistof
   - doel: oppikken elektrische activiteit van neuronen in hersenschors;
   - signalen worden gecreëerd wanneer groot aantal neuronen tegelijkertijd actief zijn
   - registreert signalen van kleine delen van hersen rond elke elektrode > verwerkt en opgeslagen op computer
2. toepassingen
   - beeld van elektrische activiteit = weergave als hersengolven;
   - verschillende frequentie, amplitudes en vormen
   - hersengolfpatronen = bewustzijnstoestanden bij mensen

Question 13

bewustzijnstoestanden bij mensen (EEG)

Answer 13

1. persoon actief alert of actief
   - onregelmatige signalen met lage amplitude (hoog van hersengolven) en hoge frequentie (aantal hersengolven per seconde);
   - golffrequenties liggen tussen 13 en 30 Hz
   - bèta-golven
2. persoon kalm en ontspannen
   - golven in EEG te vertragen tot 8-12 Hz
   - regelmatiger en groter (door rusttoestand veel neuronen samen vuren
   - wanneer we info verwerken, beginnen neuronen te desynchroniseren > reactie op specifieke stimuli > niet meer tegelijk vuren met neuronen om hen heen
   - gevolg: tragere, regelmatigere golven in rusttoestand > alfagolven

Question 14

EEG in hersenfunctieonderzoek

Answer 14

1. algemeen
   - om hersenactiviteit te meten die optreedt tijdens het uitvoeren van een taak (vb. visuele geheugentaak)
   - elektroden boven betrokken hersengebied(en) > vertonen op specifieke momenten, opgeroepen door stimuli van taak, een sterke, kortstondige stijging of daling van elektrische activiteit;
2. event related potential (ERP)
   - door: zelfde stimulus herhaaldelijk aan te bieden en gemiddelde te berekenen
   - gevolg: toevallige bewegingen (ruis) in signaal uitgezuiverd en kan met de ERP op stimulus bepalen
   - gebruik: hoe snel hersenen info oppikken en erop reageren + idee van plaats waar signaal vandaan komt (hersenscans beter) + manier waarop signaal verandert (uitspraken over welke processen een rol spelen)

Question 15

klinische toepassing van EEG

Answer 15

1. gebruik bij epilepsie
   - epilepsie diagnosticeren of epileptische activiteit te karakteriseren;
   - aandoening die wordt gekenmerkt door veranderingen in bewustzijn en convulsies van lichaam
   - oorzaak: door EEG > associatie met verschillende soorten abnormale elektrische ritmes in hersenen
2. onderzoeken
   - slaap- en waakstoornissen
   - informatie verstrekken over hersenbeschadigingen als gevolg van vb. beroerte of hersentumor
   - bij gezonde personen: normale hersenactiviteit bestuderen

Question 16

EEG onderzoek bij slaap (stadium 1-2)

Answer 16

1. stadium 1:
   - EEG bestaat uit alfagolven, waarin thètagolven voorkomen; frequentie 3-7 Hz en iets grotere amplitude dan alfagolven
   - persoon voelt zich doezelig en ogen vallen dicht (nu en dan even geopend)
   - spierspanning en temperatuur verlagen en hartslag trager
2. stadium 2:
   - EEG wordt onregelmatiger
   - bestaat uit opeenvolging van thètagolven, slaapspoelen en K-complexen
   - slaapspoelen = korte sequentie van golven van 12-14 Hz (2 à 5 maak per minuut) (meer bij jongeren dan ouderen) > functie: vermoedt betrokken bij opslaan van info;
   - K-complexen = plotselinge grote golfbewegingen in elektrische activiteit (en gemiddeld 1 keer per minuut)

Question 17

EEG onderzoek bij slaap (stadium 3-4)

Answer 17

3. stadium 3:
   - persoon dieper in slaap en men ziet deltagolven in EEG;
   - golven met heel grote amplitude en lage frequentie (minder dan 3 Hz)
   - functie: geven aan dat veel cellen in hersenen samen vuren
4. stadium 4:
   - bestaat voor grootste deel uit deltagolven
   - diepe slaap genoemd (of ‘slow-wave sleep’)

Question 18

EEG onderzoek bij slaap (rem-slaap)

Answer 18

5. stadium 5: rem-slaap
   - sterk verhoogde activiteit met thèta-, alfa- en bètagolven
   - ogen snel bewegen onder oogleden (zien aan EOG) > oorsprong naam: Rapid Eye Movement sleep;
   - geen activiteit in lichaamsspieren = hij/zij lijkt verlamd
   - ondanks hoge activiteit in hersenen, is het extra moeilijk persoon te wekken (daarom ook de ‘paradoxale slaap’)

Question 19

voor- en nadelen van EEG

Answer 19

1. voordelen
   - lage kosten
   - hoge temporale resolutie door vermogen om snelle veranderingen in hersenactiviteit te meten
2. beperkingen
   - moeilijk waargenomen activiteit te lokaliseren (EEG detecteert activiteit in grote groepen neuronen in cortex);
   - beperkt in vermogen om activiteit in diepere structuren van hersenen nauwkeurig vast te leggen

Question 20

magneto-encefalografie (MEG)

Answer 20

1. betekenis
   - apparaat dat volledig magnetisch veld rond schedel registreert (of ‘elektromagnetische inductie’)
   - doel: elektrische activiteit in hersenen nauwkeurig vastleggen (ook betere plaatsbepaling)
   - spatiële resolutie erg laag > vaak combinatie met MRI
2. functies
   - meet de geringe magnetische velden die bij elektrische communicatie tussen neuronen ontstaan
   - meet ook de gammagolven (bij EEG niet goed te zijn)

Question 21

werking van de MEG

Answer 21

1. algemeen
   - magneetvelden die worden geïnduceerd door hersenactiviteit zijn klein en zwak > gemeten door zeer gevoelige magnetische sensors (‘squids’);
   - werken alleen indien afgekoeld tot -270°C
   - MEG bestaat uit 150 tot 3003 squids, gerangschikt in soort helm
2. MEG-scan uitvoering
   - scan gebeurt in magnetisch afgeschermde ruimte om storingen te voorkomen
   - registreert gedetailleerde hersenactiviteit, met moment-tot-moment veranderingen
   - net als EEG neemt gevoeligheid en nauwkeurigheid af bij dieper gelegen hersengebieden

Question 22

non-invasieve hersenstimulatie (non-invasive brain stimulation: NIBS)

Answer 22

1. betekenis
   - specifieke corticale gebieden gestimuleerd of juist afgeremd (gëinhibeerd) worden
   - neurowetenschappelijk onderzoek: techniek bij veelal gezonde mensen (zonder hersenschade) gebruikt
   - één van de bekendste vormen van NIBS is TMS !!
2. transcraniale magnetische stimulatie (TMS)
   - wordt met behulp van elektromagnetische inductie, depolarisatie en hyperpolarisatie van neuronen in specifieke corticale gebieden opgewekt
   - 8-vormige spiraal op hoofd > stuurt licht magnetisch veld door hersenen (verstoord neuronale communicatie = kortstondig ‘letsel aanbrengen + kijken naar gevolgen)

Question 23

onderzoek naar effectiviteit van niet-invasieve hersenstimulatie

Answer 23

1. algemeen
   - doel: het functioneren na hersenletsels te verbeteren
   - studies: gericht op motorische problemen, afasie en neglect > ondanks veelbelovende resultaten niet aangeboden in klinische praktijk;
2. klinische relevantie zeer beperkt
   - vaak alleen gekeken naar directe verbeteringen na stimulatie
   - langetermijneffecten en impact op dagelijks leven worden niet onderzocht !!

Question 24

positron emissie tomografie (PET)

Answer 24

1. betekenis
   - nucleaire beeldvormende techniek die functionele processen (zoals stofwisselingsprocessen) van hersenen in kaart brengt
2. gebruik
   - om storingen in hersenfysiologie, die voorkomen bij verschillende neurologische aandoeningen, in vroeg stadium in kaart brengen
   - vb. ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson

Question 25

hoe werkt de PET-scan?

Answer 25

1. radio-isotopen, ofwel radioactieve stoffen
   - vooraf: tracers via intraveneuze injectie toedienen;
   - in hersenweefsels terecht via ‘positronemissie’ = energierijk positief geladen deeltje (positron) uitgezonden
2. positron botst op antideel (= elektron)
   - resultaat: ‘annihilatie’ > tijdens dit proces wordt positron en elektron omgezet in elektromagnetische straling en komt energie vrij in vorm ‘gammastralen’ (of fotononen)
   - stralen verlaten hoofd en worden gedetecteerd met lichtgevoelige detectoren
3. wiskundige bewerkingen met computer
   - genereerd driedimensionaal beeld van ingediende tracer
   - type tracer > hangt af van waar arts naar op zoek is;
   - bij PET = stofwisseling (metabolisme), doorbloeding (perfusie) of enzymactiviteit in hersenen

Question 26

de FDG-tracer

Answer 26

1. betekenis
   - of de18F-fluorodeoxyglucose
   - gemodificeerde vorm van glucose die gemakkelijk wordt opgenomen
   - doel: in staat stellen welk hersengebied meer of minder glucose wordt opgenomen (dus veel of geringe activiteit)
2. opname van FDG
   - verminderde opname = gelinkt aan neurale degeneratie bij verschillende typen dementie
   - toename in opname = maligne hersentumor of encefalitis

Question 27

fluor-gelabelde tracers

Answer 27

1. betekenis
   - gebruikt voor amyloïd PET-scans
   - zowel binnen kliniek als bij wetenschappelijk onderzoek
2. functies
   - hechten zich in de hersenen aan het eiwit amyloïd-bèta
   - kunnen aanwezigheid van ‘plaques’ (stapeling van amyloïd-bèta) visualiseren > die kenmerkend zijn voor Alzheimer
   - resultaat: vroeg diagnosticeren van aandoening

Question 28

voor- en nadelen van de PET-scan

Answer 28

1. nadelen
   - hoge kosten
   - lager onderscheidend vermogen (resolutie) in vergelijking met CT en MRI
2. voordelen
   - mogelijkheid hersenziekten detecteren voordat verandering in hersenanatomie te zien is = effectieve diagnose
   - stralingsbelasting voor patiënt niet hoog > lage hoeveelheid radioactieve stof
   - PET-scanners ook uitgerust met CT-scanner om naast functionele beelden anatomische beelden te genereren;
   - CT ook gebruikt om PET-beelden te corrigeren voor fotonen die detector niet bereiken door reactie met patiënt

Question 29

hoe werkt de fMRI?

Answer 29

1. algemeen
   - functional magnetic resonance imaging
   - techniek waarbij activiteit van hersenen doormiddel van MRI-scanner zichtbaar is
2. hersenactiviteit
   - verhoging van activiteit in bepaald gebied van hersenen (vb. motorische gebieden) > gepaard met sterke doorbloeding;
   - sprake van verhoogde toevoer zuurstofrijkbloed (rode kleurstof = hemoglobine (Hb) waaraan zuurstof zich bindt);
   - hemoglobine kan zuurstofrijk (oxyhemoglobine) of zuurstofarm (oxyhemoglobine) zijn

Question 30

zuurstofrijk en zuurstofarm bloed

Answer 30

1. verschillende magnetische eigenschappen
   - zuurstofrijk bloed = ‘diagmagnetisch’ en geeft hoog signaal af op fMRI-beelden
   - zuurstofarm bloed = ‘paramagnetisch’ en laag signaal
2. detectie van fMRI-scanner
   - detecteert verschillen in magnetische eigenschappen: adhv het ‘Blood Oxygenation Level Dependent’ signaal
   - BOLD geeft verhouding weer tussen zuurstofrijk en zuurstofarm bloed > gevolg: in staat identificeren welke hersengebieden meest actief zijn gedurende de fMRI-scan
   - hersengebieden die actiever zijn > hogere neurale activiteit EN ontvangen hogere niveaus van zuurstofrijk bloed

Question 31

fMRI-beeld

Answer 31

1. algemeen
   - typisch fMRI-beeld = kleurcodering
   - doel: verschillen in niveau van zuurstofrijk bloed / verschillen in activiteit te geven
   - toepassing: in staat activiteit in bepaald hersengebied koppelen aan taak die moment van scan werd uitgevoerd
2. fMRI-opnames
   - serie van scans
   - patiënten afwisselend in rustende, niet-actieve toestand verkeren
   - toestand waarbij bepaalde hersengebieden gestimuleerd/geactiveerd worden (vb. het uitvoeren van geheugentaak)

Question 32

waarvoor wordt de fMRI gebruikt?

Answer 32

1. wetenschappelijke doeleinden
   - onderzoek welke hersengebieden actief zijn bij specifieke functies, ook bij hersenaandoeningen
   - bij gezonde proefpersonen: hersenactiviteit tijdens taken statisch vergelijken met rust of controletaken
2. in de klinische praktijk
   - bij patiënten die hersenoperatie moeten ondergaan (vlak bij kritieke gebieden, vb. spraak of beweging);
   - neurochirurgen: lokaliseren waar hersengebieden voor vitale functies zich bevinden;
   - toepassing: tijdens verwijderen van tumor, kan schade voorkomen worden
   - bij patiënten met epilepsie: locatie waar elliptische aanval begint in kaart brengen (soms is combinatie met EEG)