Medische beeldvorming (wat is dat?)

Stel je voor: je struikelt op een regenachtige dag van je fiets, je voelt meteen pijn in je pols en besluit naar de huisarts te gaan. Die stuurt je direct door voor een röntgenfoto. Binnen een paar minuten weet je of je iets gebroken hebt. Wat vroeger enkel mogelijk was met een operatie of endoscopie, gebeurt tegenwoordig snel, pijnloos en veilig dankzij medische beeldvorming. Maar welke technieken zijn er allemaal en hoe werken ze?

Wat is medische beeldvorming?

Medische beeldvorming is geneeskundig onderzoek waarmee je in het menselijk lichaam kunt kijken, zonder dat daar een operatie voor nodig is. Denk aan het maken van foto’s, scans en echo’s van botten, organen, bloedvaten of zelfs tumoren. Deze technieken worden dagelijks ingezet in ziekenhuizen, bijvoorbeeld om breuken, hartafwijkingen, infecties of kanker op te sporen. Dit is voor de patiënt dan ook een fijne manier van onderzoek doen. Voorbeelden van medische beeldvormingstechnieken zijn:

• Röntgenfoto
• CT-scan
• PET-scan
• MRI-scan
• Echografie
• Nucleaire diagnostiek

Toch is er ook één groot nadeel aan medische beeldvorming verbonden: de straling die erbij komt kijken. Bij röntgen, CT, PET en nucleaire diagnostiek wordt er namelijk gebruikgemaakt van radioactieve stoffen die slecht zijn voor het menselijk lichaam. Er zijn in Nederland dan ook strenge richtlijnen opgesteld voor de hoeveelheden straling waaraan een persoon mag worden blootgesteld. Per jaar is dat 1mSV. Voor MRI en echografie zijn deze richtlijnen niet van toepassing, omdat hier niet met radioactieve stoffen wordt gewerkt.

In de toekomst zullen klinische technologen zich vooral bezighouden met het verbeteren van de apparatuur, zodat er minder straling hoeft te worden toegediend. Een voorbeeld van een mogelijke innovatie is een MRI-scan die door middel van kunstmatige intelligentie zelf diagnoses kan stellen. 

Wat is een röntgenfoto?

De röntgenfoto is de oudste methode om een inwendig beeld te maken van het menselijk lichaam. Er wordt gebruikgemaakt van röntgenstraling, wat behoort tot de elektromagnetische golven die korter zijn dan het zichtbare licht en het ultraviolette licht (UV). De röntgenstraling die tijdens medische onderzoeken wordt gebruikt, heeft golflengtes tussen 0,1 en 10 nanometer.

Röntgenstraling kan bij de juiste frequentie makkelijk door weefsel met een lage dichtheid (denk aan huid), maar niet door weefsel met een hoge dichtheid (denk aan botten). Op die manier kun je een foto maken van de botten in iemands lichaam. Om de juiste frequentie te behalen maakt röntgenstraling gebruik van het doordringend vermogen. Bij zachte röntgenstraling wordt de straling door het weefsel geabsorbeerd en bij harde röntgenstraling (groot doordringend vermogen) gaat het door het weefsel heen.

Vroeger werd er voor het vastleggen van het beeld een fotografische plaat gebruikt. Het nadeel hiervan was dat er veel straling door de plaat heen ging, zonder dat dat er zwarting ontstond. Zwarting is het ontstaan van de zwarte kleur op de fotografische plaat. 

Tegenwoordig wordt er gebruikgemaakt van een digitaal scherm. Dit scherm bestaat uit bariumfluorhalide, waar europium aan is toegevoegd. Wanneer de europiumatomen in aanraking komen met röntgenstraling, komen ze in een hoge energietoestand. De informatie van de aangeslagen europiumatomen kan wekenlang opgeslagen worden in het digitale scherm. Dit komt doordat de hoge energietoestand wekenlang aan kan houden. De informatie wordt vervolgens gescand met een infraroodlaser. Hierdoor vallen de europiumatomen terug in een lagere energietoestand en gaan ze licht uitzenden. Dit licht kan dan worden omgezet naar beeld.

Hoe is röntgen ontdekt?

In 1895 ontdekte Wilhelm Conrad Röntgen dat snelle elektronen straling uitzenden wanneer ze tegen een metaal aankomen. Op deze manier konden fotofilms belicht worden of konden fluoriserende mineralen licht geven. Na enige tijd van experimenteren overhandigde Röntgen in 1896 zijn eerste schriftelijke uitwerking over een nieuw type straling, de röntgenstraling. Hiervoor ontving hij in 1901 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Wat is een CT-scan?

Bij een CT-scan wordt met röntgenstraling een 3D-beeld gecreërd van het menselijk lichaam. De röntgenstraling wordt door en langs het lichaam gestraald in de richting van een aantal röntgendetectors. De straling die dan door het lichaam heen komt is zwakker dan de straling die langs het lichaam heen gaat.

De CT-scan duurt ongeveer één seconde en de informatie die wordt gemeten, wordt direct naar de computer gestuurd. Direct daarna wordt dezelfde meting opnieuw uitgevoerd op één graad verschil. De hele opstelling draait op deze manier door totdat het voor 360 graden is vastgelegd. In deze periode maakt de computer diverse soorten berekeningen en creëert het een 3D-beeld.

Het nadeel van de röntgenstraling die bij een CT-scan gebruikt wordt, is dat het gehele lichaamsdeel wordt gefotografeerd. Verschillende structuren binnen het lichaam kunnen elkaar dan overlappen en zijn hierdoor soms moeilijk van elkaar te onderscheiden.

Wat is een MRI-scan?

Een MRI-scan maakt beelden van het lichaam met behulp van sterke magnetische velden en radiogolven. Deze techniek is vooral geschikt voor het bekijken van zachte weefsels zoals de hersenen, spieren of organen.

In je lichaam zitten ontzettend veel waterstofatomen, vooral omdat we voor een groot deel uit water bestaan. Deze atomen hebben allemaal een proton in hun kern en die reageert op magnetische velden. Je kunt het vergelijken met een kompas: de wijzer richt zich ook naar het noorden.

Tijdens een MRI-scan worden de protonen in je lichaam even uit balans gebracht door een korte radiopuls. Daarna vallen ze weer terug in hun oorspronkelijke positie. Op dat moment geven ze een klein beetje energie af. Deze energie wordt opgevangen door gevoelige detectoren en vervolgens omgezet in gedetailleerde beelden van je lichaam.

Door het magnetisch veld op verschillende plekken iets te variëren, kan precies worden vastgesteld waar het signaal vandaan komt. Zo ontstaat stap voor stap een nauwkeurig beeld van je binnenkant en dat allemaal zonder straling.

Wat is een PET-scan?

Een PET-scan is een beeldvormingstechniek waarmee artsen kunnen zien hoe actief organen en weefsels zijn. Het laat dus niet alleen zien waar iets zit, maar ook wat het doet.

Voor de scan krijgt de patiënt een kleine hoeveelheid van een radioactieve stof (een isotoop genaamd ¹¹C), meestal gekoppeld aan glucose. Cellen in je lichaam gebruiken deze glucose als brandstof. Sneldelende cellen, zoals bij tumoren, verbruiken vaak veel meer glucose dan normaal weefsel.

De radioactieve stof zendt positronen uit, die kort na hun ontstaan botsen met elektronen. Bij deze botsing ontstaan gammafotonen. Dat zijn een soort stralingsdeeltjes, die in tegengestelde richting worden uitgezonden.

Tijdens de scan lig je in een apparaat met een ring vol gevoelige detectoren. Die vangen de gammafotonen op en sturen de signalen door naar een computer. Zo ontstaat een beeld van de plekken in het lichaam met het hoogste glucoseverbruik.

Artsen kunnen hiermee bijvoorbeeld tumoren opsporen, omdat die oplichten als ‘hotspots’ op het beeld. Dit maakt de PET-scan bijzonder nuttig bij het diagnosticeren en volgen van kanker, maar ook bij hart- en hersenaandoeningen.

Wat is een echografie?

Bij een echografie wordt ultrageluid gereflecteerd in de buik van een zwangere vrouw om vervolgens een 3D-beeld te creëren van de foetus. Ultrageluid is voor de mens niet hoorbaar en heeft dan ook een zeer hoge frequentie (2,5 tot 5 megahertz). De snelheid waarmee dit ultrageluid terugkomt van een orgaan is afhankelijk van de stevigheid en dichtheid van het orgaan.

Je kunt het principe van een echografie vergelijken met het oriëntatiesysteem van vleermuizen. Er wordt namelijk geluid uitgezonden naar een bepaald object en dat geluid komt vervolgens terug. Door deze reflectie van het geluid kan er een beeld worden gevormd van het object waar de vleermuis naartoe vliegt. In het geval van een echografie gaat het dan bijvoorbeeld om de foetus.

Voor het maken van 3D-beelden wordt er gebruikgemaakt van speciale apparaten. Deze apparaten bestaan uit een aantal transducers op gelijke afstanden van elkaar. Transducers zijn apparaatjes die contact maken met de huid en vervolgens de geluidsgolven ontvangen en uitzenden. Tussen deze transducers bevindt zich een faseverschil in de uitgezonden golven. Hierdoor gaan de golven onder een schuine hoek weg van de verschillende transducers. Door deze verschillende hoeken kan de computer uiteindelijk met de teruggekaatste golven een 3D-beeld maken.

Ultrageluid wordt naast echografieën ook gebruikt om de stroomsnelheid van bloed te meten. Hierdoor kan de bloedstroom door het hart en de bloedvaten gemeten worden en kunnen gevaarlijke bloedvatvernauwingen worden opgespoord. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het dopplereffect. Dit wil zeggen dat de frequentie van het geluid verandert als de afstand tot de ontvanger van het geluid verandert.

Wat is nucleaire diagnostiek?

Bij nucleaire diagnostiek wordt het menselijk lichaam besmet met een radioactieve stof. Bij voorkeur straalt de radioactieve stof alleen gammastraling uit. Deze stof wordt een tracer genoemd, omdat hij door de uitgestraalde straling goed terug te vinden is. Zo kunnen artsen zien waar de radioactieve stof terechtkomt in het lichaam.

Wanneer artsen op zoek zijn naar tumoren in het lichaam, is het belangrijk om te zien waar deze stof terechtkomt. Tumoren nemen de toegediende stoffen namelijk sneller op dan gezond weefsel. Op deze manier kan een tumor relatief snel worden opgespoord. Nucleaire diagnostiek wordt bijvoorbeeld vaak toegepast bij personen met botkanker. 

De meest geschikte stof als tracer is metastabiel technetium (^99mTc). Metastabiel geeft aan dat de kern van technetium extra energie bevat, die hij door het uitzenden van gammastraling verliest. Gammastraling heeft een erg hoog doordringend vermogen en kan daardoor makkelijk door het lichaam heen. Verder heeft gammastraling juist een laag ioniserend vermogen. Hierdoor zal er weinig schade aan het lichaam worden aangericht.

Overzicht van de medische beeldvormingstechnieken

In onderstaande tabel hebben we de eerdergenoemde medische beeldvormingstechnieken met hun eigenschappen op een rijtje gezet:

Video

Wil je alles over de verschillende medische beeldvormingstechnieken nog even terugkijken? Bekijk dan onderstaande video.