9 minute read
Superscanner Wereldwijd
Brein in beeld
Het brein is ons ingewikkeldste en minst begrepen orgaan. Dat maakt het bijna verbazingwekkend dat het bij de meeste mensen prima functioneert. Toch kan er ook veel misgaan. Gelukkig hebben we tegenwoordig MRI-scanners waarmee we het brein tot in detail kunnen bekijken.
Door Joris Janssen
Hij staat in een speciale vleugel van het UMC Utrecht: een van de krachtigste MRI-scanners ter wereld in een klinische omgeving ‒ een omgeving waar patiënten er direct mee geholpen kunnen worden, in tegenstelling tot een pure onderzoeksomgeving. Voor twee neurologen is dit apparaat een zegen voor hun onderzoek. Geert Jan Biessels onderzoekt er patiënten mee die dementie hebben als gevolg van schade aan kleine bloedvaatjes in de hersenen. Kees Braun gebruikt de scanner bij de behandeling van kinderen en volwassenen met moeilijk behandelbare epilepsie. Twee verschillende takken van sport, met als overeenkomst dat technologische vooruitgang bij het in beeld brengen van de hersenen betere behandelingen belooft.
Wie denkt aan dementie, denkt al gauw aan de ziekte van Alzheimer. Bij deze ziekte brengen ziekmakende eiwitten schade toe aan de hersenen, waardoor onder meer geheugenproblemen ontstaan. Vaak is dit echter maar een deel van het verhaal. Bij negen op de tien mensen die op latere leeftijd alzheimer ontwikkelen, speelt nog een ander probleem mee: schade aan kleine haarvaatjes in de hersenen. Soms is dit soort vaatschade zelfs de hoofdschuldige achter dementie-achtige symptomen. In dat geval krijgen patiënten de diagnose vasculaire dementie. Alles bij elkaar genomen is vaatschade verantwoordelijk voor grofweg een derde van alle dementieklachten. De helft komt door alzheimerachtige processen en het overige deel komt voor rekening van een vergaarbak aan andere aandoeningen. Hoewel het niet de bekendste vorm is, hebben heel veel mensen met dementie dus in meer of mindere mate te maken met de vasculaire variant.
Kleine vaatjes ‘Het onderzoek naar dementie door vaatschade loopt enorm achter ten opzichte van het onderzoek naar dementie door alzheimer,’ zegt Geert Jan Biessels, hoofd algemene neurologie en leider van de onderzoeksgroep Vascular Cognitive Impairment aan het UMC Utrecht. ‘Dat is zonde, want de kans om er iets aan te doen, is heel reëel.’
Deze achterstand is voor een deel het gevolg van achterblijvende investeringen, maar er is ook een praktische oorzaak. Tot voor kort was het onmogelijk om de boosdoeners achter de aandoening goed in beeld te brengen: de kleine haarvaatjes die het brein van bloed voorzien. Schade aan deze vaatjes tast de verbindingen in de
MRI-scans zijn onmisbaar bij het achterhalen of alzheimer, vaatschade of een combinatie van beide achter dementieklachten schuilgaat. BRAM BELLONI
Schade aan kleine haarvaatjes in de hersenen is verantwoordelijk voor grofweg een derde van alle dementieklachten. BRAM BELLONI
hersenen aan, waardoor het ‘glasvezelnetwerk’ van het brein niet meer lekker werkt. ‘Vergelijk het met het streamen van een serie of film op Netflix, terwijl je een trage verbinding hebt,’ legt Biessels uit. ‘Bij mensen met deze vorm van dementie is het niet zo dat ze heel veel fouten maken of dingen echt niet meer weten, het kost alleen veel meer tijd om de informatie op te halen.’
Scans die uit de gemiddelde MRI-scanner komen rollen, zijn niet gedetailleerd genoeg om de kleine haarvaatjes in de hersenen te kunnen weergeven, laat staan afwijkingen of schade in deze vaatjes. Het enige dat deze scans tonen is het gevolg van de schade: vlekken in het glasvezelnetwerk door kleine bloeduitstortinkjes of herseninfarctjes. Dit brengt twee grote beperkingen met zich mee. Zo kunnen de vlekken ook een andere oorzaak hebben dan schade aan de kleine bloedvaten. Puur en alleen de aanwezigheid van vlekken hoeft dus helemaal niet te betekenen dat iemand daadwerkelijk vasculaire dementie heeft. Daarnaast betekent het dat je de aandoening pas in zijn eindstadium kunt aantonen, wanneer die al veel schade heeft aangericht. Het in beeld brengen van de kleine haarvaatjes in de hersenen kan helpen bij het sneller aantonen van het probleem en kan fundamenteel onderzoek mogelijk maken naar manieren om de ziekte in een vroeg stadium aan te pakken.
UMC Utrecht is uniek En dit is waar de krachtige 7 Tesla MRIscanner om de hoek komt kijken. Een MRI-scanner maakt plaatjes van structuren in het lichaam door met een sterk magnetisch veld en radiopulsen waterstofatomen in beweging te brengen. Wanneer de atomen vervolgens tot rust komen, geven ze een signaal af. Dit signaal kun je opvangen en omzetten in een plaatje. Verschillende soorten weefsel in het lichaam bevatten verschillende hoeveelheden waterstofatomen. Dit creëert een contrast, waardoor je op de plaatjes het verschil kunt zien tussen bijvoorbeeld bloed, vet en orgaanweefsel.
Hoe sterker de magneet, hoe sterker het contrast dat je ermee kunt bereiken. De sterkte van een magneet wordt aangegeven in Tesla. De meeste MRI-scanners in ziekenhuizen hebben een magneet van 1,5 of 3 Tesla. De magneet in de MRI-scanner van het UMC Utrecht is een tikkeltje sterker. Die heeft een sterkte van, zoals de naam al doet vermoeden, 7 Tesla. Toen het UMC Utrecht de scanner in 2007 kreeg, bestonden er wereldwijd maar twintig van deze apparaten. Inmiddels is dat aantal iets gestegen, maar de meeste van deze scanners staan in onderzoeksinstituten. De MRIscanner in Utrecht is uniek vanwege zijn sterkte én omdat hij in een klinische omgeving staat, waardoor inmiddels al heel veel patiënten met de scanner zijn onderzocht.
Met een vele malen sterkere magneet kun je contrasten zien die anders onzichtbaar blijven. ‘We kunnen nu ineens de doorbloeding zien van hersenvaatjes zo dun als een wenkbrauwhaar,’ zegt Biessels. ‘We kunnen zien hoe de doorbloeding varieert tijdens de hartcyclus en daarmee hoe stijf de vaatjes zijn.’ Door dit grotere contrast kunnen Biessels en zijn collega’s voor het eerst de link leggen tussen de beschadigingen die op andere scans te zien
zijn en onderliggende afwijkingen in de kleine haarvaatjes. ‘We kunnen de ziekte van de vaatjes nu voor het eerst beschrijven in termen van die vaatjes zelf.’
Op dit detailniveau het brein onder de loep kunnen nemen, is een uitkomst voor veel meer hersenaandoeningen dan alleen vasculaire dementie. Ook voor hoogleraar kinderneurologie Kees Braun is het een uitkomst. Hij behandelt kinderen met zogeheten moeilijk behandelbare epilepsie en onderzoekt hoe betere beeldvorming van het brein kan helpen bij een efficiëntere behandeling.
Epilepsie is een aandoening waarbij ongewild en aanvalsgewijs elektrische ontladingen ontstaan in zenuwcellen in de hersenen. Het resultaat is een soort kortsluiting, die onder meer kan leiden tot schokken, verminderd bewustzijn en problemen met praten of met zien, afhankelijk van waar in het brein de kortsluiting optreedt. In grofweg twee derde van de gevallen kunnen medicijnen de symptomen bijna helemaal wegnemen. Voor het andere deel van de patiënten bieden medicijnen geen soelaas. Deze patiënten krijgen de
Het menselijk oog alleen is niet meer genoeg voor het interpreteren van hersenscans. Slimme software helpt artsen en onderzoekers bij deze lastige taak.
diagnose ‘moeilijk behandelbare’ epilepsie, de variant waar Braun en zijn collega’s zich vooral op focussen.
Kwetsbaarheid Een mogelijke oplossing voor patiënten met moeilijk behandelbare epilepsie is het ondergaan van een operatie. Als je weet waar de bron van de aanvallen zit, kun je die bron verwijderen of ontkoppelen van de rest van het brein, mits de bron niet in een hersengebied zit dat zo belangrijk is dat de neurochirurg er beter vanaf kan blijven. In sommige, ernstige gevallen kunnen chirurgen bij jonge kinderen zelfs een hele hersenhelft ontkoppelen. Een voorwaarde voor dit soort operaties is dat de bron van de epilepsie lokaal is. Er moet heel duidelijk een specifiek hersengebiedje aan te wijzen zijn waar het probleem zit. Als er door het hele brein ongewilde elektrische ontladingen voorkomen, bijvoorbeeld door een genetische aanleg, heeft een operatie geen zin.
Een lokale bron van elektrische ontladingen kan verschillende oorzaken hebben. ‘Het kan bijvoorbeeld een tumor zijn, een infarct, een litteken, een ontsteking of een aanlegfoutje – een stukje niet goed aangelegde hersenschors,’ zegt Braun. ‘Dan kan een operatie helpen. Het kunnen stellen van zo’n diagnose is dus heel belangrijk. Beeldvorming met een MRI-scanner is daarbij cruciaal.’
Hoe beter scans het probleemgebied kunnen visualiseren, hoe groter de kans van slagen van een operatie. Dat geldt vooral voor aanlegfouten van de hersenschors, een aandoening die in medische termen focale corticale dysfasie heet. ‘De technieken om die plaatselijke kleine afwijkingen zichtbaar te maken, zijn de afgelopen decennia steeds beter geworden,’ zegt Braun. ‘We kunnen daardoor een steeds betere selectie maken van mensen die in aanmerking komen voor een operatie. We boekten al mooie vooruitgang met de vorige generaties scanners, maar ons onderzoek laat zien dat de detectiekans met de 7 Tesla-MRI-scanner met nog eens 20 procent toeneemt.’
Zowel voor het epilepsieonderzoek van Kees Braun als het dementieonderzoek van Geert Jan Biessels geldt echter dat krachtiger scanners maar een deel van het verhaal zijn. Een groot deel van de vooruitgang zit hem ook in het slimmer kijken naar de scans. In het onderzoek van Braun zorgen nieuwe statistische technieken er bijvoorbeeld voor dat computers steeds beter afwijkingen in het brein kunnen aanwijzen. Braun: ‘Een computer kan de scan van een patiënt vergelijken met de scans van een grote groep gezonde mensen en toont dan de gebieden in het brein van de patiënt die significant anders zijn dan die van de controlegroep. Zo kan de computer je een afwijking laten zien die je met het blote oog gemist had.’
Ook het veld van de vasculaire dementie heeft veel baat bij het statistisch combine
ren van grote hoeveelheden gegevens. Biessels hoopt dat een mede door hem opgestart internationaal samenwerkingsproject binnenkort de eerste ‘kwetsbaarheidskaart’ van de hersenen oplevert. Hierin zijn de gegevens van zo’n duizend patiënten uit Azië en Europa gecombineerd tot een kaart die aangeeft hoe groot de gevolgen zijn van schade in specifieke plekken in het brein. ‘Voorheen keken we alleen naar de totale hoeveelheid schade, maar dat is te simpel. Een beschadiging op kritieke punten heeft veel grotere gevolgen. Met die kaart kunnen we straks zien op welke plekken schade de meeste impact heeft.’
Platform ontwikkelen Ook statistische technieken uit – gek genoeg – de hoek van elektriciteitsbedrijven zorgen voor een betere kijk op de staat van iemands brein. Biessels: ‘Die bedrijven zijn erg geïnteresseerd in wat er gebeurt als er bijvoorbeeld een vrachtwagen tegen een elektriciteitsmast aanrijdt. Ligt het hele netwerk dan op zijn gat, of niet? Er zijn allerlei maten ontwikkeld die aangeven hoe robuust en efficiënt een netwerk is. Die kunnen wij hier ook toepassen, om te kijken hoe het met hersennetwerken gesteld is.’
In het onderzoek met hersenscans zijn steeds meer disciplines betrokken en zien steeds meer internationale samenwerkingsverbanden het levenslicht. ‘We duwen de scanner echt tot zijn grenzen,’ zegt Biessels. ‘Dat levert zo veel gegevens op dat je ze met het blote oog niet meer kunt beoordelen. Je zit zo op de grens van de menselijke waarneming, dat je computertechnologie nodig hebt om de scans betekenisvol te maken. Behalve een klinisch team dat bezig is met de patiënt, werken we daarom
