Nucleaire Magnetische Resonantie (NMR, MRI, IRM) is een nieuwe techniek in de medische beeldvorming van het paard en is sinds september 2004 beschikbaar in Dierenkliniek De Bosdreef.

Doorsneden worden gemaakt in verschillende orthogonale vlakken (sagitaal, transversaal en frontaal) en informatie wordt zowel verkregen over het bot als de weke delen.

De basis onderdelen van een NMR toestel zijn een magneet, een spoel en een computer. Het geheel staat geïnstalleerd in een kooi van Faraday. De magneet genereert een magnetisch veld, de spoel exciteert de waterstofprotonen en ontvangt het signaal van het weefsel en de computer verwerkt alle data en vormt het uiteindelijke beeld. De sterkte van het magnetisch veld wordt uitgedrukt in Tesla en men maakt een opsplitsing in high field (>1,5 Tesla), mid field (0,5 - 1 Tesla) en low field (< 0,5 Tesla).

Een hoogenergetisch veld wordt opgewekt door supergeleidende magneten (elekromagneten). Dergelijke magneten zijn gesloten tunnels, zijn zeer duur in onderhoud en vereisen algemene anesthesie van het paard. Permanente ferromagneten genereren een minder sterk magnetisch veld en kunnen zo gecontstrueerd worden dat ze zowel bruikbaar zijn op het staande paard, als op het paard onder algemene anesthesie. De NMR-scanner van Dierenkliniek De Bosdreef beschikt over een U-vormige (open systeem), permanente ferromagneet van 0,27 Tesla en is geproduceerd door Hallmarq. Dit type is tot vandaag het enige dat onderzoek toelaat op het staande, gesedeerde paard.

BASISPRINCIPES VAN NMR

NMR maakt gebruik van de inherente magnetische capaciteit van de verschillende weefsels. Rond elke kern bevinden zich vrije protonen (ongebonden H+ protonen) die zich gedragen als magnetische dipolen. De voornaamste bronnen van waterstofprotonen in het lichaam zijn water en vet, vanwaar het meeste signaal aldus afkomstig is. Het te onderzoeken lichaamsdeel wordt in het centrum van een extern, statisch magnetisch veld geplaatst. Onder invloed van dit magnetisch veld gaan de magnetische dipolen zich parallel of antiparallel oriënteren. Vervolgens zendt de spoel een specifieke, repetitieve radiogolf voor waterstofprotonen uit, die de protonen even uit hun gemagnetiseerd verband brengt. Bij terugkomst naar hun gemagnetiseerde toestand zenden de protonen op hun beurt een radiogolf terug die door de spoel wordt opgevangen en door de computer in een beeld wordt verwerkt. Sterke signalen (hyperintens) kleuren wit op het scherm en zwakke signalen (hypointens) zwart. Daartussenin zien we alle grijswaarden afhankelijk van de hoeveelheid aanwezige protonen in het betrokken weefsel.

NMR beelden kunnen verkregen worden als 2D doorsneden van verschillende dikte (3,5 - 5,5 mm) of als collectieve 3D data sets, die nadien fijn worden doorgesneden. 3D laat toe nog fijnere doorsneden te maken (enkele mm). TR (repetition time) en TE (echo time) zijn twee parameters die de radiogolven beslaan. Door deze parameters te variëren worden verschillende sequenties verkregen, die elk specifieke informatie over het weefsel verschaffen. NMR is aldus zowel een anatomisch beeldvormende als fysiologisch beeldvormende techniek. Structurele informatie wordt verkregen over de verschillende types weefsels, naast het aanwezig zijn van eventuele fysiologische of pathologische processen.

VERSCHILLENDE SEQUENTIES

In een standaard orthopedisch protocol worden verschillende sequenties gebruikt in drie orthogonale vlakken (sagitaal, transversaal, frontaal). Afhankelijk van de anamnese en bevindingen kunnen bijkomende doorsneden gemaakt worden om bepaalde anatomische structuren beter te visualiseren.

Boven : van links naar rechts : transversale, frontale en sagitale doorsnede door de voet.

T1 gewogen beelden (vb. rechts) visualiseren voornamelijk de structurele karakteristieken van het weefsel en zijn waardevol in het beoordelen van de anatomie van bot en weke delen. Vet (rijkelijk aanwezig in beenmerg) geeft een hyperintens signaal en kleurt helder (wit). Synoviaal vocht geeft een hypo-intens signaal en kleurt donkerder (zwart). T1 gewogen beelden hebben een korte Tr en Te waarde. Indien contrast-MRI wordt uitgevoerd met paramagnetisch Gadolinium worden vaak T1 beelden gebruikt.

T2 gewogen beelden (vb. links) detecteren voornamelijk het vocht aanwezig in de verschillende weefsels en zijn aldus gevoelig voor het opsporen van pathologische veranderingen. Water geeft een hyperintens signaal en kleurt helder. Tr en Te zijn lang.

Door het sterk signaal van vet worden pathologische processen in het bot vaak gemaskeerd. Vandaar dat er verschillende sequenties zijn ontwikkeld die het signaal van vet onderdrukken. De STIR sequentie is superieur in het detecteren van vochtaccumulaties en inflammatie in bot, zoals bij kneuzingen en microfracturen. Tr en Te zijn lang. Het signaal wordt opgevangen als het signaal van vet nul is

INDICATIES VOOR NMR

Zoals gemeld brengt NMR zowel het bot als de weke delen samen op één beeld. Onderzoek in doorsneden in alle mogelijke richtingen en zowel anatomische en fysio-pathologische informatie, maken het de ultieme medische beeldvormingtechniek. Klinische podotrochleïtis (klinische hoefkatrol) is een bekend gegeven bij de sportpaarden. De pijn wordt gelokaliseerd in de voet (straalstreek) en het radiografisch onderzoek is niet voldoende afwijkend om het manken te verklaren. Echografie van de ondervoet is sterk beperkt, gezien het aanwezig hoornkapsel, die impermeabel is voor echogolven. Echografie vanuit de kootholte en transcuneaal (door de straal, na wegkappen van de aanwezige hoorn) laten toch toe wat extra informatie over de weke delen in het midsagitale vlak te verkrijgen. Toch blijft de conformatie van de voet (hoge hielen, diepe straal) de beperkende factor om een totaalbeeld via echografie te verkrijgen. Het beschikbaar zijn van NMR laat toe de term klinische hoefkatrol op te splitsen in verschillende correcte diagnoses, elk met hun eigen behandeling en prognose.
Alvorens tot een NMR onderzoek over te gaan, is een grondig klinisch onderzoek noodzakelijk. De pijnplaats dient exact te worden aangetoond, zodat het onderzoek zeer gefocust kan worden. NMR is geen screening onderzoeksmethode, maar levert extra informatie bij ander beeldvormend onderzoek of geeft de definitieve diagnose. Kennis en ervaring opgedaan via NMR is op zijn beurt opnieuw tot nut in het interpreteren van RX en/of echobeelden. Voorzichtigheid is nog steeds geboden in het inschatten van de klinische relevantie van NMR bevindingen.

PROCEDURE NMR ONDERZOEK

Voorbereiding

Alvorens de NMR ruimte te betreden worden ijzers en nagels verwijderd. Het is zeer belangrijk uiterst zorgvuldig alle restanten van nagels (nieten) goed te verwijderen, aangezien deze grote artefacten veroorzaken, die een volledige anatomische regio kunnen camoufleren en niet interpreteerbaar maken. De voet wordt verder proper gemaakt en losse hoorn wordt verwijderd. Dekens en bandages worden tevens voordien verwijderd. Het afhalen ervan veroorzaakt soms wat statische elektriciteit die tevens artefacten creëert. Aluminium ijzers met ijzeren nagels kunnen eventueel ter plaatse gelaten worden, indien onderzoek nodig is van meer proximaal gelegen structuren zoals kogel, carpus en tarsus. Het is niet nodig achterijzers te verwijderen bij onderzoek van de voorbenen en recto verso. Bij de systemen met een zeer sterk magnetisch veld zijn er strengere maatregelen wat betreft voorbereiding en veiligheid.

Sedatie

Het sedatie-protocol varieert subtiel naargelang de operator. De essentie is echter overal gelijk. Als basis sedativum wordt een _-2-agonist gebruikt zoals romifidine of detomidine. Soms wordt een combinatie gemaakt met acepromazine of in het buitenland butorphanol. Het sedatieniveau wordt gedurende het ganse onderzoek gepoogd constant te houden door bijkomende toediening van lage dosissen romifidine.

Het onderzoek

Eenmaal het te onderzoeken lichaamsdeel in het centrum van de magneet is gepositioneerd en de spoel (radiofrequency coil) ter plaatse, wordt eerst een testscan uitgevoerd. Deze maakt snel een doorsnede in de drie orthogonale vlakken, sagitaal, transversaal en dorsaal. Deze pilot dient ter oriëntatie van het lichaamsdeel in de magneet en zal als basis dienen om de richting van de volgende sequenties te bepalen. Telkens het paard beweegt dient een nieuwe testscan te worden gemaakt.

INTERPRETATIE NMR BEELDEN

Het begrijpen van de basis fysica achter NMR, een grondige kennis van de 3D anatomie van de betrokken streek en behoorlijk wat ervaring zijn nodig om NMR beelden deftig te interpreteren

Artefacten

NMR is een fysisch geavanceerde technologie die vrij gevoelig is aan tal van artefacten. Zoals eerder vermeld verstoren aanwezige resten metaal het magnetisch veld en geven een zone zonder signaal, die als een zwarte vlek zichtbaar zijn. Dit is een magnetic susceptibility artefact.

Phase mismapping (ghosting) komt voor tengevolge repetitieve beweging.

Bij paarden onder algemene anesthesie veroorzaakt de respiratie een aanzienlijke beweging van de voorbenen. Bij het staande paard is er vaak wat wiegen van het paard. Speciale motion correction software is ontwikkeld om dergelijke artefacten tegen te gaan.

Chemical shift artefacts komen enkel bij high field units voor. Naast elkaar liggend water en vet ligt verder uit elkaar op het NMR beeld.

Soms wordt een signaal door de spoel opgevangen van een lichaamsdeel dat buiten de field of view ligt. Op het NMR beeld wordt het dan toch onterecht in het field of view weergegeven. Dit staat bekend onder de term aliasing.

Het Gibbs effect (truncation artefact) betekent dat soms donkere lijnen zichtbaar zijn naast een abrupte overgang van intensiteit, bijvoorbeeld een hypo-intense lijn is onterecht zichtbaar in een regio van verhoogde intensiteit.

Volume averaging effects worden veroorzaakt doordat het gemiddelde signaal weergegeven wordt over een bepaalde doorsnede of data set.

Het magic angle effect is zichtbaar wanneer collageenvezels op 55° ten opzichte van de richting van het magnetisch veld georiënteerd zijn. De pees en/of ligament wordt onterecht hyperintens afgebeeld. Dit is een artefact die vooral bij high field units voorkomt aan de aanhechting van de diepe buigpees op het hoefbeen en het ligamentum impar. Twee structuren die ons net bijzonder interesseren. Bij NMR van het staande paard zien we dit niet.

Wanneer een niet-NMR-compatibele stroombron in de NMR ruimte ingeschakeld is of er statische elektriciteit aanwezig is kan er behoorlijk wat background noise aanwezig zijn op het beeld. De signal to noise ratio is minder goed en het beeld bevat veel ruis.

Interpretatie

Een systematiek in de interpretatie is van cruciaal belang om geen letsels te missen en om 'lesion spotting' tegen te gaan. Elke anatomische regio wordt in de 3 verschillende sequenties bekeken en dit in verschillende vlakken. Een letsel dient minimaal in 2 vlakken zichtbaar te zijn. Een grondige kennis van de normale fysiologische variaties is noodzakelijk. Eenmaal een letsel gevonden, is het toch belangrijk het volledige onderzoek af te werken en elke anatomische structuur afzonderlijk te interpreteren. Heel wat kreupele paarden hebben meer dan één significant letsel in de voet, die elk apart hun weerslag hebben op de prognose.

Verschillende botletsels kunnen via NMR aangetoond worden, alvorens ze gedetecteerd worden door andere modaliteiten. Botoedeem en inflammatie doen de hoeveelheid vocht toenemen en geven een verhoogde intensiteit op STIR en verlaagde intensiteit op T1. Bot 'oedeem' is een weergave van zowel botnecrose, ontsteking, trabeculaire microfracturen, bloeding en fibrose als echt botoedeem. Osteosclerose, botmineralisatie vertoont zowel op T1 als STIR een hypo-intens signaal. Bij de interpretatie van het kraakbeen zijn subtiele veranderingen in het subchondrale bot vaak makkelijker op te merken.

Pees en ligament geven een laag signaal en kleuren aldus zwart op T1, T2 en STIR. Er wordt gelet op de symmetrie, aflijning, dikte en signaalintensiteit. Acute letsels geven een verhoogde intensiteit op alle sequenties. Geheelde letsels bij klinisch opnieuw correcte paarden, blijven steeds een mild verhoogd signaal geven op T1. De intensiteit op T2 en STIR is sterk verminderd tot afwezig. Een nauwkeurige beoordeling van alle sequenties is opnieuw cruciaal om de klinische relevantie te kunnen inschatten. Verhoogde intensiteit kan dus een teken van inflammatie (tendinitis) zijn, maar ook van degeneratie (tendinosis) of verlittekening, in overeenstemming met de humane geneeskunde.