In deze samenvatting staat het deel Macroscopie (MRI, PET en SPECT, CT, US en OI) gegeven door prof Daniele Bertoglio. De samenvatting is een combinatie gemaakt van eigen notities genomen tijdens de les en de slides van de prof (het is vertaald in het Nederlands).
Inhoudsopgave
Medische beeldvorming technieken............................................................................................................... 3
Inleiding................................................................................................................................................................3
Medische beeldvorming technieken in kliniek......................................................................................................3
Medische beeldvorming technieken in preklinisch onderzoek.............................................................................4
Magnetic resonance imaging (MRI)................................................................................................................ 4
Nuclear Magnetic resonance (NMR) imaging......................................................................................................4
MRI signaal...........................................................................................................................................................4
Pixel vs Voxel.........................................................................................................................................................6
Verschillende concepten.......................................................................................................................................6
Contrast mechanisme: proton densiteit...............................................................................................................6
contrast mechanisme: T1 vs T2 relaxatie.........................................................................................................6
maximaliseren T2 contrast...............................................................................................................................7
maximaliseren T1 contrast...............................................................................................................................8
spin echo beeld contrast..................................................................................................................................8
MRI: eigenschappen.............................................................................................................................................9
applicatie van MRI in neurowetenschap..........................................................................................................9
MRI: structurele metingen....................................................................................................................................9
VOLUMETRISCHE (3D) MRI...............................................................................................................................9
CONTRAST STOFFEN.......................................................................................................................................10
DIFFUSIE MICROSTRUCTUREN MRI................................................................................................................12
MRI: functionele metingen.................................................................................................................................13
VASCULAIRE REPSONS (PERFUSIE).................................................................................................................13
FUNCTIONELE MRI..........................................................................................................................................16
NEUROMODULATIE (OPTO -EN CHEMOGENETICA).......................................................................................21
PET & SPECT: moleculaire beeldvorming...................................................................................................... 22
Molecular imaging..............................................................................................................................................22
Fysiek principe................................................................................................................................................22
Positron emission tomography (PET)............................................................................................................ 23
Fysiek principe....................................................................................................................................................23
principe van annihilation................................................................................................................................23
Radiotracer principe...........................................................................................................................................23
molaire activiteit en massa.............................................................................................................................23
radiotracer eigenschappen voor hersen beeldvorming.................................................................................24
PET eigenschappen.............................................................................................................................................25
PET beeldvorming...............................................................................................................................................25
Tijdlijn.............................................................................................................................................................25
statisch vs dynamisch.....................................................................................................................................26
methodologie is van belang...........................................................................................................................26
Applicaties van PET in neurowetenschappen.....................................................................................................26
RECEPTOR DENSITEIT.....................................................................................................................................27
BIOMERKER IDENTIFICATIE............................................................................................................................27
PROTEÏNEPATHIE............................................................................................................................................27
1
, THERAPEUTISCHE DOELTREFFENDHEID.........................................................................................................27
AWAKE IMAGING............................................................................................................................................28
Whole-body PET beeldvorming..........................................................................................................................28
Single photon emission computed tomography (SPECT)...............................................................................28
Fysiek principe....................................................................................................................................................28
SPECT-beeldvorming...........................................................................................................................................29
collimator........................................................................................................................................................29
klinisch vs preklinisch.....................................................................................................................................29
Optical imaging (OI)..................................................................................................................................... 34
Fluorescence imaging (FLI).................................................................................................................................34
fluorescentie...................................................................................................................................................34
green fluorescent protein (GFP).....................................................................................................................35
fluorescentie microscopie..............................................................................................................................35
the near-infrared (NIR) window.....................................................................................................................35
fluorescne moleculaire imaging (FLI).............................................................................................................35
applicaties FLI.................................................................................................................................................35
samenvatting..................................................................................................................................................35
Bioluminescence imaging (BLI)...........................................................................................................................36
in vivo BLI........................................................................................................................................................36
assessing tumor growth.................................................................................................................................36
metastase detectie.........................................................................................................................................36
screenen voor anti-kanker behandelingen....................................................................................................37
samenvatting..................................................................................................................................................37
2
,Medische beeldvorming technieken
Inleiding
De verschillende beeldvorming technieken zijn gebaseerd op golven. Er bestaat een groot spectrum
van golfen: van radiogolven tot een hoger energetisch spectrum.
- X-stralen: radiografie en CT (cumputerized tomography)
- Radiogolven: MRI (magnetic resonance imaging)
- -golven: PET (positron emission tomography) & SPECT (single emission computed
tomography)
- Licht: optische beeldvorming en bioluminescence beeldvorming
- Geluidsgolven: US (ultrasound)
Al deze technieken visualiseren verschillende processen:
- Met CT kunnen we botstructuren goed visualiseren, het is dus vooral anatomie en deels
fysiologie.
- Bij MRI kunnen we anatomie tot en met hoe een orgaan eruit ziet bekijken en we zien enkel
fysiologie en metabolisme en hoe bijvoorbeeld de bloodflow eruit ziet en de vasculaire
activiteit. Er is een zekere limiet door de sensitiviteit van MRI.
- -golven zijn heel sensitief en is goed voor fysiologie en metabolisme. Ze hebben een
mindere resolutie dus we kunnen niet diep in weefsels of botstructuren gaan kijken.
- Licht: dit is relatief sensitief, we kunnen niet breed kijken en niet diep in het weefsel.
- Ultrasound: lijkt een beetje op MRI. Dit is vooral gebruikt voor cardiale beeldvorming of
prenatale babies. Het is niet zo sensitief als MRI en kan daarom niet gebruikt worden voor
moleculaire processen.
Ideaal gezien zouden we een hoge spatiale resolutie hebben en een hoge sensitiviteit zo dat je alle
kleine veranderingen kan waarnemen. Dit is echter waar microscopie zich bevindt, maar hiermee kan
je uiteraard niet in het lichaam kijken.
Medische beeldvorming technieken in kliniek
Bij beeldvorming is het een beetje zoals naar allemaal verschillende fenomenen kijken. Als je maar 1
techniek gebruikt, kan je misschien de bigger picture missen. Daarom is het belangrijk dat je
bijvoorbeeld een hoog sensitieve beeldvormingstechniek gebruikt zoals PET en dan eentje met een
hoge spatiale resolutie zoals MRI en als je beelden vekrijgt van ze samen kan je de informatie
achterhalen die je zocht.
Bijvoorbeeld: met een CT kan je de anatomie in kaart brengen maar het geeft je weinig informatie
over het metabolisme, als er bijvoorbeeld een inflammatie plaatsvindt, kan je dit niet waarnemen
met een CT scan. Als je een CT doet in combinatie met een PET kun je deze informatie wel bekomen.
3
, Verschil SPECT en PET: SPECT heeft een betere resolutie dan PET, het geeft ons meer gedetailleerde
informatie. We kunnen een radio gelabelde molecule targetten in het lichaam.
Conclusie: je moet de technieken samen gebruiken!
Medische beeldvorming technieken in
preklinisch onderzoek
Er is nood aan het miniaturizeren van het beeldvormingsprocess voor beelden te maken van kleine
dieren.
Al de voorgaande vermelde technieken waren voor medische redenen. Voor dieren, is er een
probleem. De grootte van het brein bijvoorbeeld, het menselijk brein is veel groter dan een brein van
een muis of van een rat. Dit is een fysische limitatie van de technieken, het is niet mogelijk voor zo
een machine om je een even goede kwaliteit te geven.
Het meeste van de tijd als we werken aan het klinische aspect, hebben we een lagere resolutie ookal
werken de machines dan beter.
De dieren kunnen simultaan gescand worden met PET/CT of SPECT/CT (voor betere resolutie).
Bij dieren spreken we over een functionele ultrasound. Dit kan toegepast worden bij de
beeldvorming van het brein. Ultrasound komt niet langs het bot dus bij mensen kunnen we het niet
gebruiken voor brein beeldvorming want de schedel blokkeert dit, het is te dik om er doorheen te
geraken. Maar bij rodents, zoals muizen, kunnen we wel mooie afbeeldingen krijgen van de
vasculariteit in het brein omdat we mogelijkheden hebben om naar verschillende levels te kijken
omdat deze dieren hun schedel enorm dun is.
Magnetic resonance imaging (MRI)
De klinische scanners gebruiken een bereik van 1 tot 3 Tesla, de preklinische scanners gebruiken 7 tot
9,4 Tesla.
De resolutie voor de mens is in mm maar voor dieren gaan we naar 100 µm.
De opstelling bestaat uit coils, meestal gebruiken we er 3: X, Y en Z.
Nuclear Magnetic resonance (NMR) imaging
Met nucleair wordt bedoeld dat het signaal gebaseerd is op atomische nuclei (NMR). Als we kijken
naar protonen of atomen bijvoorbeeld en we nemen 1 waterstof wat opgebouwd is uit 1 proton, dan
zullen deze single protonen een bepaalde spin hebben. Afhankelijk van het nummer van protonen:
als je een even aantal protonen hebt zullen ze elkaar opheffen en als het een oneven getal is zoals bij
waterstof, zal er een proton zijn die zal spinnen. Omwille van deze positieve lading en omdat het aan
het spinnen is en zo een elektrische lading creëert, gaat het een magnetisch moment, rotatie
teweegbrengen.
We kunnen zien dat elke single proton een specifiek magnetisch moment µ heeft.
- Definitie: spinning protons = positief geladen sfeer die een elektrische circulaire loop
voorstelt rond de as waar hij rond draait
o Deze elektrische stroom genereert een magnetisch veld (rechterhand regel)
o Proton is dus eigenlijk een kleine magneet met een magnetisch moment µ
Dus belangrijke biologische moleculen zoals 12C en 16O kunnen niet waargenomen worden met NMR
omdat ze gepaard aantal protonen hebben en ze elkaar dus opheffen.
Als we bijvoorbeeld weefsel nemen van het brein, zal dit veel water bevatten. Aangezien water
bestaat uit 2 waterstoffen en 1 zuurstof gaan deze moleculen 2 protonen bevatten die spinnen en
een magnetisch moment creëeren.
MRI signaal
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller BMW19. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.59. You're not tied to anything after your purchase.
