Taak 1.4 Anatomie en beeldvorming Flashcards
CT
Computertomografie (CT) / computer axial tomography (CAT)
1970
kenmerk; verschillende beelden van verschillende lakken van de hersenen opgeslagen (coupes). Deze kunnen afzonderlijk bestudeerd worden. Evt 3d constructie waardoor het ook mogelijk is om aan deze doorsneden kwantitatieve metingen te verrichten
voordeel; bot en ventrikels goed te onderscheiden van hersenweefsel + contrastmateriaal kan zichtbaarheid van bloedingen, infecties of ontstekingen versterken.
nadeel; lagere spatiele resolutie + kankerverwekkende straling
SPECT- en PET-technieken
singlephotonemissiecomputertomografie (SPECT) en positronemissietomografie (PET)
Begin jaren 80
kenmerk; radioactieve deeltjes blijven hangen aan specifieke receptoren en kunnen met afbeelding functioneel processen van de hersenen in beeld brengen.
MRI
magnetic resonance imaging (MRI)
Begin jaren 80, maar Begin jaren 90 werd ontdekt dat met behulp van MRI veranderingen in de bloeddoorstroming gemeten kunnen worden, waarmee de functionele MRI of fMRI een feit werd.
Kenmerk; brengt in hoge resolutie (ong 1 mm) informatie over hersenstructuur en is niet schadelijk. Soms wordt gebruikgemaakt van gadolinium als contraststof om hersenbeschadiging beter af te beelden.
Om een volledig beeld van het weefsel te maken moeten er reeksen van pulsen en gradienten worden aangezet. Informatie over verschillende weefsels wordt verkregen doordat protonen, afhankelijk van het soort weefsel waarin zij zich bevinen, er korter of langer over doen om terug te keren in hun oorspronkelijke lage energetische staat. Deze worden beschreven in waarden zoals T1 (voor hersenanatomie van het hele hoofd), T2 (zichtbaarmaken van wittestofintensiteit) of T2*.
MEG en EROS
magneto-encefalografie (MEG) die gebruikmaakt van magnetische velden die worden geproduceerd tijdens neurale activteit. Event related optical signal (EROS) waarbij gebruik wordt gemaakt van infrarood licht aan de hand van optische fibers om hersenactiviteit te meten.
Structurele beeldvorming
- CT scanner
- MRI
Beide methoden vullen elkaar aan, hoewel voor wetenschappelijk onderzoek naar de hersenen MRI in veelgevallen de voorkeur heeft.
Structurele beeldverwerking
- volumetrie en VSB > Bij MRI kan eveneeens heel nauwkeurig het volume van de hersneen of delen daarvan worden vastgesteld. De verwerking en kwantificatie van de hersenfoto’s wordt vaak aangeduid als beeldverwerking of image processing.)
- corticale thickness
- DTI
- MRS
Volumetrie en VSB
Het volume van de hersenen, de totale grijze en witte stof, de hoeveelheid cerebrospinaal vocht en dat van verschillende kernen in de hersenen, kan goed worden bepaald op basis van T1-gewogen MRI-scans van de hele hersenen.
Voor het betrouwbaar vaststellen van de grens tussen grijs en wit wordt inmiddels meestal gebrukgemaakt van computergrogrammatuur die hiervoor speciaal ontworpen is.
Naast het meten van volumes is het ook mogelijk om de dichthied van de grijze en witte stof te bepalen, namelijk met voxel-based morfometrie.
Ten slotte kan, met beelden van goede kwaliteit, in bepaalde gebieden ook de dikte van de grijze stof gemeten worden.
cortical thickness
Cortical thickness verschilt van de eerdergenoemde methodes in die zin dat het lokaal de dikte van de cortex wordt bepaald en niet het volume of de kans op de grijze stof ter plaatste.
DTI
Bij het maken van diffusiescans wordt gebruikgemaakt van de eigenschappen van watermeloeculen. Watermoleculen bewegen zich in een vrij medium in alle richtingen gelijk; zij vertonen isotrope diffusie. In weefsel wordt de bewegingsvrijheid beperkt in bepaalde richitngen, en in dat geval is de diffusie ongelijk verdeeld; ze is anisotroop.
Recentelijk is aan de hand van DTI beelden op niet-invasieve manier belangrijke informaie over neurale netwerken in de hersnen verkregen.
Met behulp van DTI kan voorts een voxel-based analyse (VBA) gedaan worden.
MRS
Magnetisch-resonantiespectroscopie (MRS) geeft op een niet-invasieve manier informatie over concentraties van bepaalde moleculen in de hersenen. De techniek maakt gebruik van eigenschappen van waterstof en fosfor.
Fuctionele beeldvorming
Voor het bemeten van hersenfuncties zijn we aangewezen op een methode waarmee een verandering in activiteit gemeten wordt. Het basisprincipe is dat activiteit van een gebied alleen kan worden afgelezen aan eht verschil in energieverbruik tussen de actieve toestand en de ruststoestand.
Functionele beeldvormende technieke nverschillen van elkaar in termen van spatiele en temporele resolutie, oftewel wat ebtreft de scherpte van de beelden en de snelheid van opnames.
Dankzij de elektrochemische processen in en rond neuronen kan op verschillende manieren hersenactiviteit gemeten wroden.
Meten van elektrische signalen
De actiepotentialen die hersencellen genereren bij het overdragen van informatie veroorzaken elektrische velden die aan de buitenkant van het hoofd kunnen worden gemeten. Registratie van deze elktrische velden is op de kaart gezet door Hans Berger. Twee soorten acitiviteiten:
- Communicatie tussen neuronen binnen een hersengebied
- Communicatie tussen verschillende gebieden
Elektro-encefalografie (EEG) is de meest gebruikte methode voor fucntionele beeldvorming. Een probleem hierbij is dat de elektrische velden verstoord worden door omliggend weefsel.
Magneto-encefalografie (MEG) meet de magnetische velden die door actiepotentialen worden opgewekt: een elektrisch veld wekt tegeleijk een magnetisch veld op, een genomeen dat betekendstaat als elektromagnetische indcutie. Magentische velden worden niet verstoord door weefsel of bot.
EEG
Elektro-encefalografie
Eeg is de eenvoudigste, en langst bestaande, methode voor beeldvormend hersenfunciteonderzoek. Enkele tientallen metalen schijfjes 9elektroden) worden op het hoofd verdeeld over de schedel aangebracht, met gel om een geleidende verbinding te maken met de huis. De elektrische velden die opgewekt worden in de hersenen, worden door alle elektroden opgepikt waaruit drie soorten informatie worden gehaald:
1. Afkomstig van het signaal dat elke elektrode oppukt van het hersenweefsel dat daar het dichtst bij in de buurt ligt. Uit het gemiddelde signaal, de event-releated potential (ERP) genoemd, kan informatie over het tijdsverloop en de sterkte van de neurale reactie worden afgeleid.
2. De schommeling van het EEG-signaal. De schommelingen worden veroorzaakt door elektrische ritmen in het brein. De sterkte (amplitude) van de verschillende golven kan berekend worden en geeft bijvoorbeeld een indicatie van de mate van concentratie.
3. EEG-date kan zo omgerekend worden dat de lcoaties van gebeiden die op een taak reageren, kunnen worden bepaald in de hersenen, zelfs als ze dieper gelegen zijn. Met speciale rekenprogramma’s kunnen acitivtietspatronen worden vastgesteld.
De temporele relosutie voor EEG is hoog, maar de gevoeligheid is veel te laag voor het meten van individuele neuronen. De spatiele resolutie is beperkt tot ongeveer 1 a 2 cm.
MEG
Magneto-encefalografie
Meg meet de magnetische velden die neuronen opwekken en kan nauwkeuriger de plaats van actieve gebieden bepalen. Bovendien kunnen met meg hersengolven gemeten worden die met eeg niet goed te zien zijn, namelijk de zogenaamde hoge gammagolven. Uit meg-signalen kunnen dezelfde soorten informatie worden afgeleid als uit die voor eeg beschreven zijn, maar de berekeningen zijn complexer. Ook voor meg geldt dat de nauwkeurigheid en de gevoeligheid sterk afnemen voor dieper gelegen gebieden.
fMRI
Functionele MRI maakt gebruik van een MRI-scanner. Injectie van een contrastvloeistof is niet nodig. De MRI-scanner is in staat om elke seconde een compleet beeld van de hersenen te maken, waardoor ook korte momenten van activiteit zichtbaar zijn. De temporele resolutie is beperkt. De spatiele respons is bijzonder goed. fMRI is een vrij ingewikkelde techniek met een te begrijpen eindresultaat.
Voor een fMRI maakt de MRI-scanner een series van scans, films als het ware die inzicht geven in veranderingen in hersenactiviteit. De scans zlef zijn zo gemaakt dat ze gevoelig zijn voor bepaalde eigenschappen van bloed. De essentie van fMRI is dat we Hemoglobine (Hb) in het bloed gebruiken als natuurlijke contrastvloeistof. Daar waar meer zuurstof wordt opgenomen, daalt de signaalsterkte in het fMRI plaatsje. Tot grote verrassing van wetenschappers bleek echter bij toenemende hersenactiviteit de signaalsterkte toe te nemen. Bij overmatige bloedtoevoer bij toenemende activiteit komt vers bloed zo snel door de bloedaatjes stromen dat de zuurstofarme Hb weggespoeld wordt en het fMRI signaal sterker wordt.
