Kernspinresonantie-tomografie van het steun- en beenmergapparaat

Onderzoek
J.L. Bloem
A.H.M. Taminiau
G.J. Kieft
A.J. Verbout
P.M. Rozing
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1987;131:1311-6
Abstract
Download PDF

Samenvatting

Naast kernspinresonantie-tomografie of magnetic resonance imaging (MRI) van hersenen en ruggemerg is MRI van het steun- en bewegingsapparaat één van de belangrijkste toepassingen. Naar aanleiding van ervaring bij 450 patiënten met afwijkingen van het steun- en bewegingsapparaat worden mogelijkheden en beperkingen van MRI besproken.

MRI is een veelbelovende beeldvormende methode bij skelet- en weke-delentumoren, osteonecrose, ziekte van Perthes, osteomyelitis en artritis, beenmergziekten en traumatische gewrichtsaandoeningen. Voorts is MRI waardevol bij vrijwel alle aandoeningen die voorkomen rondom en in de wervelkolom.

Inleiding

Tijdens de introductie van kernspinresonantie-tomografie of magnetic resonance imaging (MRI) in de kliniek, werd de toepassing bij diagnostiek van afwijkingen in het steun- en bewegingsapparaat zeer beperkt geacht. Na drie jaar klinisch onderzoek is gebleken dat MRI van skelet, gewrichten en spieren één van de belangrijkste toepassingsgebieden is. In de afgelopen drie jaar werden in Leiden 450 patiënten onderzocht met aandoeningen van het steun- en bewegingsapparaat. Na een technisch-anatomische inleiding geeft dit artikel een overzicht van de indicaties voor MRI voor dit toepassingsgebied.

De invloed van technische factoren op anatomische afbeelding

De principes van deze beeldvormende methode werden eerder in dit tijdschrift behandeld.1 In 1983 werd een weerstandsmagneet met een veldsterkte van 0,15 T gebruikt, die in 1984 werd vervangen door een supergeleidende magneet met een veldsterkte van 0,5 T: de Gyroscan S5 van Philips. Door computergestuurde variatie van het magneetveld kunnen, zonder positieverandering van de patiënt, coupes van 3-10 mm dikte in elk willekeurig vlak worden gemaakt (bijv. transversaal, frontaal, sagittaal, oblique).

Het contrast in het verkregen beeld is afhankelijk van de relaxatietij den T1 en T2 de spindichtheid en beweging. Dit laatste speelt vooral een rol bij stromend bloed. De invloed van deze factoren op het beeldcontrast kan worden gemanipuleerd door het variëren van de pulssequentie. De meest gebruikte pulssequentie is de spinechopulssequentie. Voor het skelet wordt onderscheid gemaakt in twee belangrijke spinecho-pulssequenties: T1gedomineerd met een repetitietijd van 550 ms of minder en een echotijd van 30 ms of minder en T2-gedomineerd met een repetitietijd van 1500 ms of meer en een echotijd van 50 ms of meer. Structuren met een hoge signaalintensiteit (wit) op zowel T1- als T2-gedomineerde opnamen zijn: vet en beenmerg (vooral geel beenmerg). Cortex, verkalkingen, ligamenten, pezen, fibreus kraakbeen en lucht tonen op zowel T1- als T2-gedomineerde opnamen een lage, of in het geheel geen signaalintensiteit (zwart). De signaalintensiteit van spierweefsel en hyalien kraakbeen is intermediair (grijs). Metalen prothesen verstoren het beeld alleen lokaal. Deze artefacten zijn minder storend dan bij computertomografie en de aanwezigheid van prothesen is geen contra-indicatie voor MRI. Vloeistoffen en weefsels die pathologisch zijn veranderd, bijvoorbeeld door ontstekingsinfiltraat, tumor of oedeem, hebben verlengde T1-en T2-relaxatietijden. Dit resulteert meestal in een lage signaalintensiteit op T1-gedomineerde opnamen en een hoge signaalintensiteit op T2-gedomineerde opnamen. De gekozen pulssequentie bepaalt of het contrast tussen normaal en pathologisch weefsel afwezig, gering of groot is. De met MRI te bereiken contrasten zijn veel groter dan bij computertomografie (CT). Het ruimtelijk oplossend vermogen van MRI is iets geringer dan dat van CT.

Aandoeningen van het beenmerg

MRI is in staat beenmerg op een directe wijze af te beelden in tegenstelling tot conventioneel röntgenonderzoek, CT en skeletscintigrafie met technetium, waarbij beenmergafwijkingen op indirecte wijze worden afgebeeld als destructie van trabeculair of corticaal bot is opgetreden. Een tweede probleem bij afbeelding van beenmerg met CT is het ‘beamhardening’-artefact, veroorzaakt door absorptie van weke röntgenstraling in sterk gemineraliseerd bot (compacta). Dit artefact treedt bij MRI niet op.

Beenmergziekten, zoals leukemie, lymfoom, ziekte van Kahler, metastasen, ziekte van Gaucher, myelofibrose, manifesteren zich als gebieden van verlaagde signaalintensiteit op T1-gedomineerde opnamen (figuur 1). De sensitiviteit van MRI voor deze aandoeningen is hoog, maar de specificiteit is laag. Het is wel mogelijk onderscheid te maken tussen osteoporose en tumor. Aangezien osteoporose geen verandering van signaalintensiteit veroorzaakt, is op grond van signaalintensiteit een fractuur in een osteoporotisch skeletdeel te onderscheiden van een pathologische fractuur.

Osteonecrose

De sensitiviteit en vooral de specificiteit van MRI lijken groter te zijn dan die van skeletscintigrafie met technetium bij de diagnostiek van osteonecrose.2 Osteonecrose is op het met MRI verkregen beeld zichtbaar als subarticulair gelegen gebied met een verlaagde signaalintensiteit (figuur 2 en 3). Aan de rand van het necrotische gebied, in de reactieve zone, kan op T2-gedomineerde opnamen een inhomogene hoge signaalintensiteit worden gezien. Vaak wordt een hydrops gevonden die zichtbaar is als een verhoogde signaalintensiteit op de T2-gedomineerde opname.

Het bepalen van de morfologische uitbreiding van een necrotische,zone, voorafgaand aan chirurgische therapie zoals rotatie en valgiserende osteotomie, kan met MRI op voortreffelijke wijze drie-dimensionaal worden gedocumenteerd in transversale, sagittale en frontale vlakken.

Tumoren

Door gebruik van nieuwe chirurgische methoden is het vaak mogelijk ernstig mutilerende ingrepen, zoals amputatie en exarticulatie, te vervangen door resectie van tumor en reconstructie. De lokale preoperatieve stagering die door invoering van skeletscintigrafie, angiografie en CT reeds was verbeterd, is door gebruik van MRI ingrijpend veranderd.34 Beperkingen van CT, zoals het geringe weke-delencontrast en de beamhardening-artefacten zijn geen probleem bij MRI. Op T1-gedomineerde afbeeldingen is het contrast tussen de verlaagde signaalintensiteit van tumor en de hoge signaalintensiteit van normaal beenmerg optimaal (figuur 4). Op T2-gedomineerde afbeeldingen heeft tumor een verhoogde signaalintensiteit en daarbij contrasteert normaal spierweefsel duidelijk door zijn intermediaire, relatief lage signaalintensiteit (figuur 5). Hoewel verkalkingen de signaalintensiteit van de tumor verlagen, blijft het onderscheid tussen tumor en normaal spierweefsel duidelijk.4 Door de verhoogde signaalintensiteit van tumor op T2-gedomineerde afbeeldingen is met behulp hiervan de tumor ook gemakkelijk te onderscheiden van normale cortex (compacta) en grote vate, aangezien deze structuren een lage signaalintensiteit tonen (zie figuur 5, figuur 6).

MRI is ook in staat de tumorreactie op chemotherapie en bestraling te meten, niet alleen door verandering in tumorvolume, maar ook door verandering van MR-karakteristieken (de T1- en T2-relaxatietijd en de spindichtheid).4 MRI is in circa 50 van de gevallen beter en in 50 gelijkwaardig aan een combinatie van CT, angiografie en skeletscintigrafie voor het stageren van tumoren van het skelet.5 In tegenstelling tot de conventionele röntgenfoto, maakt MRI het zelden mogelijk een specifieke diagnose te stellen. Naarmate de ervaring met MRI toeneemt, worden er wel uitzonderingsgevallen ontdekt, waarbij het MRI-beeld wel specifiek is (zie figuur 4 en 6). Gebruik van het MRI-contrastmiddel gadolinium-DTPA bij diagnostiek van bottumoren is veelbelovend, aangezien dit de onderzoeksduur verkort en de mogelijkheid tot weefselkarakterisering vergroot (figuur 7).6

Osteomyelitis en spondylodiscitis

MRI heeft evenals isotopendiagnostiek (99mTc 67Ga, 111In) een hoge sensitiviteit voor het aantonen van osteomyelitis. 67Ga- en 111In-scintigrafie verhogen weliswaar de sensitiviteit en specificiteit, doch dit zijn onderzoekingen die zich over enkele dagen kunnen uitstrekken. De goede weergave van anatomisch detail en het snel beschikbaar zijn van een diagnose zijn voordelen van MRI ten opzichte van isotopendiagnostiek. In verband hiermede kan MRI een waardevolle methode zijn als isotopendiagnostiek en conventionele röntgenonderzoeken niet eenduidig zijn.

De MR-karakteristieken van ontstekingsweefsel zijn niet essentieel anders dan van bijv. tumor. De specificiteit is dus laag. Als ook morfologische criteria kunnen worden gebruikt, zoals bij spondylodiscitis, stijgt de specificiteit (figuur 8).7 Bij spondylodiscitis heeft MRI een sensitiviteit van 96 en een specificiteit van 92.8 In dit verband zijn de belangrijkste structuren: de nucleus pulposus, de annulus fibrosus en de ‘intranuclear cleft’. De normale nucleus pulposus heeft een hoge signaalintensiteit op T2-gedomineerde opnamen. De annulus fibrosus en de intranuclear cleft hebben een lage signaalintensiteit op T2-gedomineerde opnamen. De intranuclear cleft is zichtbaar als een zwarte band midden in de discus, die bij normale volwassenen (ouder dan circa 30 jaar) wordt gezien. Het anatomische substraat is waarschijnlijk een fibreuze fissuur. Spondylodiscitis is met MRI zichtbaar als een discus met verhoogde signaalintensiteit op T2-gedomineerde opnamen; de intranuclear cleft is gedeformeerd of zelfs verdwenen. De aangrenzende corpora hebben meestal eveneens een verhoogde signaalintensiteit (zie figuur 8). Op de T1-gedomineerde opnamen hebben zowel de discus als aangrenzende corpora een verlaagde signaalintensiteit. Hierbij vervaagt de grens tussen discus en corpora.

Bij degeneratie heeft de discus juist een lage signaalintensiteit op T2-gedomineerde opnamen. Hierdoor is spondylodiscitis gemakkelijk te onderscheiden van degeneratie, een onderscheid dat bij skeletscintigrafie niet goed te maken is. Als de discus uitstulpt, is dit te zien als verplaatsing van discusmateriaal naar achteren. Compressie van discusmateriaal op zenuwwortels in het epidurale vet kan zichtbaar worden gemaakt op T1-gedomineerde opnamen.

Aandoeningen van gewrichten

Het unieke, variabele, weke-delencontrast, gecombineerd met de mogelijkheid elk willekeurig afbeeldingsvlak te kiezen, maakt MRI een waardevolle methode voor het diagnostiseren van aandoeningen in en rondom de gewrichten (figuur 9).9 Het voordeel van MRI boven bestaande methoden, zoals artrografie (eventueel gecombineerd met planigrafie en CT) en artroscopie, is naast de reeds genoemde intrinsieke voordelen van MRI, het niet-invasieve karakter. In de directe posttraumatische situatie, waarbij klinisch onderzoek beperkt mogelijk is door pijn en zwelling, kan MRI op niet-invasieve wijze een diagnose stellen of uitsluiten. Ruptuur van bijv. kruisbanden en collaterale ligamenten in de knie zijn met een hoge sensitiviteit (96) vast te stellen.10 Ook kunnen scheuren in menisci worden afgebeeld. In de schouder kunnen atrofie van de rotatoren-cuff bij het ‘impingement’-syndroom, pannusvorming en kraakbeendestructie bij reumatoïde artritis en scheuren in kapsel, labrum glenoidale en zelfs bicepspees worden aangetoond.

Conclusie

Naast gevestigde, klinisch waardevolle indicaties zoals diagnostiek van het skelet, osteonecrose, aandoeningen van de wervelkolom en het beenmerg (leukemie, ziekte van Kahler), zijn er gebieden waarvoor MRI veelbelovend lijkt, maar die nog nader onderzocht dienen te worden, bijv. diagnostiek van gewrichtsaandoeningen. Nadelen van MRI zijn de relatief lange onderzoeksduur (20-60 minuten) en de hoge kosten. MRI kan echter ook kostenbesparend werken: zo kan bijv. de combinatie van computertomografie en angiografie voor het stageren van tumoren van het skelet worden vervangen door een MRI-onderzoek. Bovendien is MRI een niet-invasieve onderzoekmethode die, vergeleken met een combinatie van alternatieve methoden, in relatief korte tijd veel informatie kan opleveren. De enige contra-indicaties zijn claustrofobie, pacemakers en intracraniële clips.

Het onderzoek is deels gesubsidieerd door het Koningin Wilhelmina Fonds (IKW 8589). Gadolinium-DTPA werd beschikbaar gesteld door de firma Schering AG.

Literatuur
  1. Peperzeel HA van, Bakker CJG. Nucleaire magnetischeresonantie(NMR)tomografie in de geneeskunde.Ned Tijdschr Geneeskd 1983; 127:1195-9.

  2. Totty WG, Murphy WA, Ganz WI, et al. Magnetic ResonanceImaging of the normal and ischemic femoral head. AJR 1984; 143:1273-80.

  3. Bloem JL, Falke THM, Taminiau AHM. The value of MRI intreatment planning of primary bone tumors. Radiology 1984; 153:101.

  4. Bloem JL, Falke THM, Taminiau AHM, et al. MagneticResonance Imaging of primary malignant bone tumors. Radiographics 1985; 5:853-86.

  5. Bloem JL, Bluemm RG, Taminiau AHM, et al. MRI in stagingprimary malignant bone tumors. Radiographics 1987. Ter perse.

  6. Bluemm RG, Bloem JL, Doornbos J, et al. Gadolinium-DTPAenhanced MRI of malignant bone tumors, initial experience. Radiology 1985;157: 395.

  7. Roos A de, Persijn van Meerten EL van, Bloem JL, BluemmRG. MRI of tuberculous spondylitis. AJR 1986; 146: 79-82.

  8. Modic MT, Feiglin DH, Piraino DW, et al. Vertebralosteomyelitis: assessment using MR. Radiology 1985; 157: 157-66.

  9. Kieft GJ, Bloem JL, Obermann WR, et al. MRI of theshoulder. Radiology 1986; 159: 741-5.

  10. Li K, Mayo J, Fache JS, et al. MR Imaging of the kneewith cruciate ligament injuries. Radiology 1984; 153:23.

Auteursinformatie

Academisch Ziekenhuis, Postbus 9600, 2300 RC Leiden.

Afd. Radiodiagnostiek: J.L.Bloem en G.J.Kieft, radiodiagnosten.

Afd. Orthopedie: dr.A.H.M.Taminiau, dr.A.J.Verbout en prof.dr.

P.M.Rozing, orthopedisch chirurgen.

Contact J.L.Bloem

Verbeteringen

Gerelateerde artikelen

Reacties

R.
Pieters

Amsterdam, juli 1987,

Graag zouden wij enkele kanttekeningen plaatsen bij het artikel van Bloem et al. (1987;1311-6). De schrijvers geven hierin aan dat de sensitiviteit en vooral de specificiteit van MRI groter lijken te zijn dan die van skeletscintigrafie met technetium bij de diagnostiek van osteonecrose.

In de eerste plaats is de waarde van sensitiviteit en specificiteit alleen te beoordelen, indien hierbij de aard van de onderzoeksgroep vermeld wordt. In de tweede plaats hebben Thickman et al. aangetoond dat bij osteonecrose de specificiteit van MRI juist lager is dan die van skeletscintigrafie (resp. 71% en 79%).1 Zij bekeken hiervoor beide heupen van 40 patiënten bij wie sprake was van histologisch aangetoonde osteonecrose of klinisch vermoeden hiervan. De sensitiviteit van MRI bleek in deze groep wel hoger dan die van scintigrafie (resp. 98% en 86%).

Uit eigen onderzoek naar het optreden van osteonecrose als bijwerking van chemotherapie bij 25 kinderen met leukemie konden wij overeenkomstige conclusies trekken.23 De 4 patiënten met klinische verschijnselen van osteonecrose vertoonden op de MRI-beelden circumscripte gebieden met verlaagde signaalintensiteit. Vijf kinderen zonder deze verschijnselen vertoonden eveneens deze afwijkingen. In deze groep bleek dus ook de sensitiviteit van MRI hoog, maar de specificiteit laag te zijn bij de diagnostiek van osteonecrose.

R. Pieters
A.I. van Brenk
A.J.P. Veerman
A.H.M. Taets van Amerongen
T.E.G. van Zanten
R.P. Golding
Literatuur
  1. Thickman D, Axel L, Kressel HY, et al. Magnetic resonance imaging of avascular necrosis of the femoral head. Skeletal Radiol 1986; 15: 133-40.

  2. Zanten TEG van, Golding RP, Taets van Amerongen AHM, et al. Nuclear magnetic resonance imaging of the bone marrow in childhood leukaemia. Clin Radiol 1987. Ter perse.

  3. Pieters R, Brenk AI van, Veerman AJP, et al. Bone marrow magnetic resonance studies in childhood leukemia: Evaluation of osteonecrosis and literature-review. Cancer 1987. Ter perse.

J.L.
Bloem

Leiden, augustus 1987,

Ik dank de collegae Pieters et al. voor hun ingezonden brief. Het is inderdaad noodzakelijk karakteristieken van de groep op te geven als resultaten betreffende sensitiviteit en specificiteit worden besproken. Het is mij echter niet duidelijk waarom zij dit opmerken naar aanleiding van het artikel. In de opgegeven referentie van Totty et al. wordt de populatie wel gedefinieerd. Het zal duidelijk zijn dat wij in ons overzichtsartikel niet in detail de patiëntengroepen konden bespreken. Wat betreft de osteonecrose hebben wij ons beperkt tot de geciteerde opmerking over sensitiviteit en specificiteit. Er zijn meerdere onderzoekers die dit onderschrijven.12 Tegen de door Pieters et al. geciteerde studie van Thickman et al. zijn een aantal bezwaren aan te voeren. In deze studie zijn geen T2-gedomineerde opnamen gebruikt. Bovendien is de studie uitgevoerd met een lage veldsterkte van 0,12 T. Het is bekend dat dan de betrouwbaarheid van MRI bij de diagnostiek van osteonecrose aanzienlijk minder is dan bij supergeleidende systemen met een hogere veldsterkte.2

De ongepubliceerde gegevens van Pietersen et al. zijn uiteraard te summier om helderheid te verschaffen. Ik kijk dan ook met belangstelling uit naar de publikatie van hun resultaten. De onderzochte groep is van zeer specifieke aard, zodat ik mij afvraag of conclusies die uit deze studie voortkomen, algemeen geldig zijn. Mede gezien de observaties van Mitchell et al. is het belangrijk te weten wat voor informatie de T2-gedomineerde opnamen opleverden.1 Het lijkt mij niet juist dat bij de 5 patiënten met MRI-afwijkingen zonder klinische verschijnselen de diagnose osteonecrose is verworpen. Het is n.l. bekend dat in een vroeg stadium van osteonecrose de diagnose met behulp van MRI is te stellen voordat er klinische verschijnselen optreden en voordat skeletscintigrafie afwijkingen laat zien. Dit laatste is juist het voordeel van MRI en zal waarschijnlijk ook de waarde van MRI bij de diagnostiek van osteonecrose bepalen.

J.L. Bloem
Literatuur
  1. Mitchell DG, Rao VM, Dalinka MK, et al. Femoral head avascular necrosis: correlation of MRI, radiographic staging, radionuclide imaging, and clinical findings. Radiology 1987; 162: 709-15.

  2. Mitchell MD, Kundel HL, Steinberg ME, et al. Avascular necrosis of the hip: comparison of MR, CT, and scintigraphy. AJR 1986; 147: 67-71.