In dit blogbericht gaan we dieper in op de oorzaken van kniepijn tijdens het sporten, hoe dit met een MRI kan worden vastgesteld en de principes en voordelen van MRI-technologie.
Pijnsignalen van de knie, zichtbaar gemaakt met een MRI
Ik was aan het sporten toen de zool van mijn schoen in het gras bleef haken en mijn knie mijn lichaam niet meer volgde. Ik had even pijn, maar ik dacht er niet veel over na. De volgende dag was mijn knie opgezwollen en kon ik mijn been niet buigen, maar de dokter vertelde me dat het een verstuiking was en dat ik een paar dagen rust moest nemen. Na twee dagen compressen kon ik weer rennen, stoppen, zitten en staan zonder veel moeite. Tijdens intensieve trainingen voelde mijn knie echter soms alsof hij het begaf en op die dagen zwelde hij op. Ik nam dan een pauze en wachtte tot het beter ging, maar ik werd me er steeds meer van bewust dat het niet werkte. Uiteindelijk, na een jaar van uitstellen, ging ik naar een dokter, die een Magnetic Resonance Imaging (MRI)-scan aanraadde.
Terwijl ik in de wachtkamer wachtte op mijn beurt, werd ik vervuld van angst en vroeg me af of er iets ernstigs mis was met mijn knie. Zelfs toen de dokter de procedure uitlegde, kon ik niet anders dan denken dat het iets ernstigs kon zijn. Ik ging de onderzoekskamer binnen, deed mijn riem, horloge en andere metalen voorwerpen af en ging op de onderzoekstafel liggen met oordopjes in. Na 30 minuten op de lopende band te hebben gelegen in een benauwd nauwe, cirkelvormige doorgang, luisterend naar het luide bonken van de machine, was de opname voltooid. De serie foto's die de dokter me daarna liet zien, waren als plakjes geperst vlees gemaakt van mijn been. Terwijl ik grijnsde bij de gedachte dat ik net zo van bot en vlees was gemaakt, dat de machine me beter kende dan ik mezelf kende, wees de dokter naar een wazige plek op de afbeelding en zei tegen me.
“Uw voorste kruisband is bijna gescheurd.”
Toen ik deze woorden hoorde, werd mijn hoofd wit. Als atletisch persoon was dit nieuws een schok. Hij legde de behandelopties uit, maar ik dacht al in mijn hoofd dat ik misschien niet meer de sporten kon doen die ik normaal gesproken leuk vind.
Het fenomeen nucleaire magnetische resonantie
Magnetic resonance imaging-apparaten zoals deze stellen ons in staat om in het lichaam te kijken, en ze spelen een belangrijke rol bij het detecteren van niet alleen inwendige verwondingen die niet veel symptomen veroorzaken, maar ook bij de locatie en maligniteit van verschillende tumoren. Hoe is dit mogelijk? Het antwoord ligt in het fenomeen van nucleaire magnetische resonantie.
Materie bestaat uit atomen, die kunnen worden onderverdeeld in kernen en elektronen. De kern en de elektronen roteren elk en hebben een impulsmoment, dat we spin noemen. Net zoals er op de roterende aarde noord- en zuidpolen zijn, hebben kernen en elektronen met spin ook N- en S-polen, dus met een beetje overdrijving zouden we kunnen zeggen dat ons lichaam eigenlijk uit talloze magneten bestaat. Maar onze lichamen werken niet als magneten. De rotatieassen van de talloze atoomkernen en elektronenmagneten zijn in verschillende richtingen uitgelijnd, zodat de som van hun magnetische eigenschappen nul is. Alleen als er van buitenaf in een bepaalde richting een sterk magnetisch veld wordt aangelegd, draaien de rotatie-assen van de kernen en de elektronen in dezelfde richting, als een kompas. Maar zelfs na uitlijning wiebelt de rotatie-as met een bepaalde periodiciteit, zoals de as van een tol die rond een kegel draait naarmate de snelheid afneemt. Deze duizelingwekkende beweging van een ronddraaiend object terwijl het om zijn as draait, wordt precessie genoemd, en kan niet alleen worden waargenomen bij de rotatie van atoomkernen of elektronen, maar ook bij fysische verschijnselen variërend van tollen tot planeten.
Het is opmerkelijk dat de spinfrequentie (spinsnelheid) van een atoomkern in een magnetisch veld op unieke wijze wordt bepaald door de sterkte van het magnetische veld en het type atoom, en dat wanneer elektromagnetische golven met dezelfde frequentie als de spinfrequentie worden uitgezonden van buitenaf worden de elektromagnetische golven geabsorbeerd door het materiaal, waardoor een fenomeen ontstaat dat resonantie wordt genoemd.
In 1945 legde de Amerikaan Edward Purcell, die dit fenomeen ontdekte, de basis voor nucleaire magnetische resonantieanalyse, een experiment waarbij elektromagnetische golven van verschillende frequenties worden gebombardeerd met een monster dat in een magnetisch veld is geplaatst om de frequentie van de spin van het monster te bepalen en dus de atomen waaruit het is samengesteld. In 1953 kreeg hij de Nobelprijs voor zijn werk. Vroege nucleaire magnetische resonantiemethoden waren echter te ongevoelig om te bepalen welke atomen zich op welke posities bevonden, wat hun veelzijdigheid beperkte. De Zwitserse chemicus Richard Ernst ontwikkelde een hoge-resolutie nucleaire magnetische resonantieanalyse in twee en drie dimensies, waarmee hij de weg vrijmaakte voor de ontwikkeling van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)-apparaten. Ernst kreeg in 1991 de Nobelprijs voor scheikunde voor zijn werk.
Waterstofatomen en magnetische resonantiebeeldvorming
Waterstof is een geweldig atoom voor nucleaire magnetische resonantieanalyse. Met een atoomnummer van 1 heeft waterstof slechts één elektron, dat vaak niet helemaal zijn eigen elektron is vanwege covalente binding of ionisatie. Dit maakt het gemakkelijk om nucleaire magnetische resonantieanalyse toe te passen op de kern van een atoom, wat het voordeel heeft van een lage fout en een hoge gevoeligheid. Bovendien heeft het als lid van water (H20), dat 70% van ons lichaam uitmaakt, een breed verspreidingsbereik en een groot aantal.
Hoe verkrijgt een Magnetic Resonance Imaging (MRI)-apparaat informatie over de binnenkant van het menselijk lichaam uit waterstof? In de cirkelvormige doorgang van een Magnetic Resonance Imaging-apparaat wordt het menselijk lichaam blootgesteld aan een magnetisch veld van uniforme grootte, waardoor de waterstofatomen in het lichaam zich in de richting van het magnetische veld uitlijnen en een wassende beweging ondergaan. Niet alle delen van het lichaam ervaren echter dezelfde mate van uitlijning en opruiming.
In organen met een hoge waterconcentratie, zoals de hersenen, bevinden zich meer op één lijn gelegen waterstofkernen. Luchtige organen, zoals de longen, hebben daarentegen relatief minder uitgelijnde waterstofkernen. De verdeling van waterstofkernen in organen, maar ook in botten en ligamenten, kan worden veranderd door fysiek trauma. Er moet ook rekening worden gehouden met celspecifieke kenmerken. Een normale cel en een tumorcel hebben waarschijnlijk een verschillende verdeling van waterstofkernen.
Wanneer elektromagnetische golven het menselijk lichaam bombarderen in een uniform magnetisch veld, zal de hoeveelheid elektromagnetische golven die in de vorm van energie worden geabsorbeerd, variëren afhankelijk van het feit of het orgaan, skelet, ligament/pees of cel al dan niet ziek is. Magnetische resonantiebeeldvormingsapparaten gebruiken sensoren om de hoeveelheid energie te meten die wordt geabsorbeerd en vrijgegeven door verschillende delen van het lichaam. Op basis hiervan wordt een beeld gemaakt van de binnenkant van het lichaam.
Voor- en nadelen van magnetische resonantiebeeldvorming
Iedereen die ooit een röntgenfoto of computertomografie (CT)-scan in een ziekenhuis heeft gehad, heeft de waarschuwingen voor de stralingsgevarenzone voor de kamer geschilderd. Maar met magnetische resonantiebeeldvorming, waarbij gebruik wordt gemaakt van magnetische velden en elektromagnetische golven, hoeft u zich helemaal geen zorgen te maken over straling. In het bijzonder bevinden de elektromagnetische golven die worden gebruikt bij de nucleaire magnetische resonantieanalyse van waterstofkernen zich in het frequentiebereik van radiogolven (RF) die we gebruiken voor radio, televisie en mobiele telefoons.
De resultaten zijn ook uitstekend. Röntgenfoto's geven alleen wazige informatie over een enkele doorsnede en computertomografie (CT) kan alleen dwarsdoorsneden maken, maar MRI geeft informatie in drie dimensies, zodat u in elke richting kunt snijden voor resultaten met een hoge resolutie. Het nadeel is dat de apparatuur duur is, lawaai maakt en vereist dat de patiënt zich lange tijd in een afgesloten ruimte bevindt. Patiënten met metalen materialen in het lichaam, zoals kunstmatige harten, mogen niet worden afgebeeld vanwege de mogelijkheid van vervorming van het magnetische veld of elektromagnetische inductie.
Sinds het begin heeft magnetische resonantie beeldvorming ons in staat gesteld om in het lichaam te kijken en heeft het bijgedragen aan de vroege diagnose van vele ziekten. Zoals het gezegde luidt: je kunt op tien manieren door water kijken, maar je kunt niet door mensen heen kijken, en nu lijkt het gemakkelijker dan ooit om door mensen heen te kijken. Maar wat maakt het uit, magnetische resonantiebeeldvorming is waarschijnlijk een van de weinige menselijke uitvindingen waarbij alleen de goede mensen opvallen.
