ARTIKELEN

Diffusion Tensor Imaging: wat kan er mee?

Frans Vos � Charles Majoie � Yvonne Donselaar

Abstract In Neuropraxis 2, 2006, 41–46, heeft Hilleke

Hulshoff Pol beschreven hoe Diffusion Tensor Imaging

(DTI) een bijdrage levert aan schizofrenieonderzoek. In

het AMC wordt op de afdeling radiologie in samenwerking

met de TU Delft en met Philips Medical Systems DTI

verder ontwikkeld. In deze bijdrage worden mogelijk-

heden en onmogelijkheden van deze imaging-techniek

onder de loep genomen.

DTI is een MRI-techniek die het mogelijk maakt het ver-

loop van de belangrijkste banen in de witte stof te bere-

kenen en af te beelden. De zenuwvezels zelf worden niet

waargenomen, maar de richting ervan wordt gerecon-

strueerd op basis van de diffusiebewegingen van water-

moleculen in de zenuwvezels. In de vezels, in wezen holle

buizen met een waterige inhoud, kunnen de watermole-

culen in de lengterichting ongehinderd bewegen. In de

richting dwars op de vezels is de bewegingsruimte slechts

gering. De richting van de dominante bewegingen kan

worden berekend uit een daarvoor geschikte MRI-opname

en daarmee kan het verloop van de vezel worden

bepaald. Het verloop van individuele vezels levert te

kleine signalen op en kan niet worden bepaald, maar

hoe meer vezels er dicht bij elkaar liggen, hoe beter dit

zal gaan. Het verloop van banen in de witte stof is op deze

manier dan ook wel te reconstrueren (tractografie).

Doorgaans worden de banen in verschillende kleuren

afgebeeld, waarbij de helderheid de mate van bundeling

representeert en de kleur de richting (zie figuur 1). Voor

meer technische informatie zieMelhem et al., 2002; Blaas

et al., 2005.

Waar kan DTI en wat is ervoor nodig?

DTI kan zowel op een 1.5T(Tesla)- als een 3T-MRI-scanner

verricht worden. Een 3T-apparaat heeft echter een veel

betere signaal-ruisverhouding en verdient derhalve de

voorkeur. Het DTI-onderzoek duurt ongeveer 10–15

minuten. Met behulp van speciale software kunnen uit

de DTI-data beelden van de wittestofvezels gereconstru-

eerd worden. Overal waar een 3T-MRI-apparaat staat,

kunnen dus de benodigde gegevens verzameld worden,

die vervolgens overal waar een DTI-softwareprogramma

aanwezig is, bewerkt kunnen worden. Een van de eerste

3T-MRI-apparaten in Nederland kwam in het AMC zomer

2003. Inmiddels hebben vrijwel alle universitair medische

centra een 3T-MRI geınstalleerd. Naar verwachting zullen

ook grotere perifere ziekenhuizen in de toekomst over-

gaan tot aanschaf van deze MRI-apparaten met een groter

magneetveld. De kwaliteit van deze MRI-opnamen is aan-

zienlijk beter en de tijd dat de patient in het apparaat

hoeft te liggen is veel korter.

Dit gaat echter niet altijd op. MRI-opnamen van het

maagdarmkanaal bijvoorbeeld worden lang niet zo veel

beter in de duurdere 3T-scanner. Dit wordt mogelijk

veroorzaakt door de beweeglijkheid van de darmen.

Juist afbeeldingen van het hoofd, dat heel goed te fixeren

is, winnen enorm in kwaliteit. Voor allerlei diagnoses

worden MRI-opnamen van de hersenen, inclusief DTI

gemaakt en dat zal steeds vaker met de 3T-apparatuur

gebeuren. Dit betekent dat er veel materiaal beschikbaar

zal komen voor wetenschappelijk onderzoek naar het

verloop van banen in de witte stof bij verschillende

Frans Vos (*)Dr.ir. F.M. Vos, informaticus, UD AMC, afd. Radiologie en TU

Delft, F.M.Vos@TNW.TUDelft.nl;

Neuropraxis (2006) 10:162–164

DOI 10.1007/BF03079105

13

patientengroepen. Ook de relatief korte bewerkingstijd

per MRI maakt onderzoek aan grote groepen patienten

bereikbaar. Voor de patient levert DTI nauwelijks extra

belasting op.

Voor de benodigde controles zullen echter extra opna-

men van vrijwilligers gemaakt moeten worden. Het is niet

zo dat wetenschappers voor normale diagnostiek

gemaakte opnamen zonder meer mogen gebruiken voor

wat zij aan leuke onderzoeksvragen bedenken. Er ligt op

dit moment een plan van de Nederlandse Federatie van

Universitaire Medische Centra voor het oprichten van

een grootschalige biodatabank waarin ook MRI-gegevens

van patienten zullen worden opgenomen. De regels voor

het gebruik hiervan zullen zorgvuldig worden vastge-

steld. Sowieso komen alleen geanonimiseerde gegevens

in aanmerking. Op dit moment moet een patient altijd

eerst toestemming geven waarbij precies aangegeven

dient te worden voor welk doel de verkregen informatie

wordt gebruikt. Van een blanco volmacht is geen sprake.

Problemen met de techniek

Bij het kruisen van banen ontstaat er een probleem. Dan

zal op basis van eerder verworven kennis uit ander ana-

tomisch onderzoek een afweging gemaakt moeten wor-

den welke baan waar verder gaat. Een ander probleem

ontstaat bij zwelling van weefsel. Met name rondom een

tumor ontstaat nog wel eens oedeem. Als een patient een

hersenoperatie moet ondergaan in verband met een

tumor, kan de neurochirurg in het AMC de operatie van

tevoren oefenen met behulp van een MRI-opname. Het

zichtbaar maken met DTI van de banen rondom de tumor

en vooral van de veranderingen daarin door de tumor

kan de neurochirurg helpen bij de voorbereiding van de

operatie (zie figuur 2) (Jellison et al., 2004).

Als door zwelling de vezels in de banen verder uit

elkaar komen te liggen worden ze helaas minder goed

gedetecteerd met behulp van DTI. De techniek is nog

betrekkelijk nieuw en verdere ontwikkeling van de soft-

ware zal voor beide problemen in de toekomst verbete-

ring moeten geven.

Daarnaast zijn er altijd patienten geweest bij wie het

maken van een MRI sowieso niet lukt. Dat kan zijn door-

dat zij ergens in hun lichaam metaal hebben of doordat

zij in paniek raken als ze in de nauwe tunnel van het

apparaat liggen, of heel soms doordat ze zo dik zijn dat

ze niet in de tunnel passen.

Toepassingen

DTI wordt gebruikt bij onderzoeksprojecten van het AMC

over hersentumoren, schizofrenie (Caan et al., Medical

Image Analysis, in press), amyotrofe lateraal sclerose,

stoornissen in de ontwikkeling van de hersenen van kin-

deren met metabole aandoeningen (Majoie et al., 2002;

Majoie et al., 2004) en hersenbeschadiging door bloot-

stelling aan toxische stoffen (De Win et al., 2005). Toe-

passingen in de kliniek zijn er ook, zoals de genoemde

operaties aan tumoren en bijvoorbeeld bij de zeldzame

metabole ziekten bij kinderen waarbij klinisch relevante

informatie over de hersenontwikkeling van het betref-

fende kind verkregen kan worden. Het klinisch belang

van DTI is dat neurodegeneratieve veranderingen van de

witte stof gevisualiseerd kunnen worden voordat een

ziekte zich openbaart en voordat conventionele MRI dui-

delijke afwijkingen laat zien.

Andere toepassingen van DTI buiten het centraal

zenuwstelsel zijn er ook, bijvoorbeeld in spieren en voor

onderzoek naar de zenuwen tussen de handwortelbeen-

tjes. De te detecteren diffusiebewegingen van de water-

moleculen zijn maar heel klein. Een goede fixatie van het

te onderzoeken lichaamsdeel tijdens het maken van de

MRI is belangrijk en voorlopig gaat dat het beste met het

1 Tractografie van de normale corticospinale banen (blauw)2 Tractografie van de corticospinale baan. Duidelijk zichtbaar isde tumor in de rechter hemisfeer.

Neuropraxis (2006) 10:162–164 163

13

hoofd. Het ruggenmerg bijvoorbeeld lukt helemaal niet

zo goed, vanwege liquorpulsatie-artefacten.

Ten slotte

Door de technische verbeteringen van MRI-scanners en

beeldbewerkingssoftware kan steeds gedetailleerder

informatie verkregen worden uit MRI-beelden. DTI is daar-

van een voorbeeld. Een wens is om ook onderscheid te

kunnen maken tussen actieve en niet-actieve banen in de

witte stof. De mogelijkheden van DTI zijn nog verre van

uitgeput en zullen nog verder ontwikkeld worden.

Literatuur

Blaas, J., Botha C.P., Peters, B. & Vos, F.M. (2005) Fast andReproducible Fiber Bundle Selection in DTI Visualization.IEEE Visualisation, 59–64.

Jellison, B.J., Field, A.S., Medow, J., Lazar, M., Salamat, S. &Alexander A.L. (2004). Diffusion Tensor Imaging of CerebralWhite Matter: A Pictorial Review of Physics, Fiber TractAnatomy, and Tumor Imaging Patterns. American J Neuro-radiology, 25, 356–369.

Majoie, C.B.L.M., Mourmans, J.M., Akkermans, E.M., Duran &M., Poll-The, B.T. (2004). Neonatal Citrullinemia: Compari-son of Conventional mr, Diffusion-Weighted, and DiffusionTensor Findings. American J Neuroradiology, 25, 32–35.

Majoie, C.B.L.M. et al. (2002). Mitochondrial encephalomyopathy:comparison of conventional mr imaging with diffusion-weighted and diffusion tensor imaging. American J Neurora-diology; 23, 813–816.

Caan, M.M.W.A., et al. Shaving diffusion tensor images in discri-minant analysis: a study into schizophrenia. Medical ImageAnalysis, in press.

Melhem, E.R., Mori, S., Zijl, P.C.M. van, et al., (2002). Diffusiontensor mr imaging of the brain and white matter tractography.American J Radiology, 178, 3–15.

Win, M.M. de, Jager, G., Vervaeke, H.K., Schilt, T., Reneman,L., Booij, J., Verhulst, F.C., Heeten, G.J. den, Ramsey,N.F., Korf, D.J. & Brink, W. van den. (2005). The Nether-lands xtc Toxicity (NeXT) study: objectives and methods of astudy investigating causality, course, and clinical relevance. IntJ Methods Psychiatr Res, 14(4), 167–85.

164 Neuropraxis (2006) 10:162–164

13