MRI van het hoofd voor en na histogram-equalisatie.
Het blok bestaat uit de de volgende onderdelen:
Met de veelheid aan beschikbare diagnostische methoden is de keuze van de juiste methode(n) in een specifiek geval geen triviaal probleem. Eenvoudig alles uit de kast te halen is niet wenselijk uit het oogpunt van patientbelasting en kostenbeheersing. Voor het maken van een juiste keuze is het nodig dat de behandelend arts een goed inzicht heeft in de mogelijkheden en beperkingen van de verschillende diagnostische methoden, zonder dat dit hoeft te betekenen dat hij alle technische details tot in de finesses beheerst.
In dit blok maakt de student kennis met diagnostiek door middel van moderne beeld- en signaalvormende methoden. Hierbij zal de techniek achter deze methoden ter sprake komen, in zoverre deze van belang is voor inzicht in de mogelijkheden en beperkingen van de methode. De nadruk zal liggen op de vraag hoe een gerichte zoektocht opgezet kan worden die uit de veelheid van (mogelijke) informatie zo efficient mogelijk leidt tot een goede diagnose.
De moderne diagnostische methoden die in dit blok aan bod komen vallen in drie groepen uiteen: 1) macroscopische beeldvormende technieken, 2) beeldvorming op weefsel- en celniveau, en 3) de registratie van fysiologische signalen. Behalve aan de toepassing van deze technieken in de medische diagnostiek wordt ingegaan op de rol die deze technieken spelen in medisch wetenschappelijk onderzoek. Verder zal het een en ander in een historische en filosofische context geplaatst worden.
Een belangrijk aspect in het proces van klinische diagnose is het kiezen van de juiste diagnostische methode uit de veelheid van geschikbare methoden. In dit blok komt dit aspect aan bod in de klinische cases die aan het eind van elke week onder begeleiding van een clinicus behandeld worden. Op grond van de klachten waarmee de patient zich meldt bij de arts, moeten de studenten kiezen welke diagnostische methoden ze op deze patient zouden willen lostlaten. In het algemeen zijn deze onderzoeken ook in werkijkheid verricht, en kunnen de resultaten getoont worden. Dit zal dan weer aanleiding kunnen zijn voor nader onderzoek, etc. Op deze manier wordt de zoektocht van de arts tot de juiste diagnose nagespeeld.
Materiaal
Het achtergrondmateriaal voor de zelfstudieopdrachten is te vinden in het boek
Capita Selecta Medische Fysica en in de bijlage van dit blokboek. Op het moment
dat het blok begint, zal een aparte practicumhandleiding beschikbaar zijn.
Toetsing
Ten behoeve van de toetsing leveren de studenten gaandeweg practicumverslagen
en uitgewerkte zelfstudieopdrachten in. Verder verzorgen de studenten aan het
eind van het blok een presentatie waarin een van de onderwerpen uit dit blok
nader uitwerken. Voor de toets telt de beoordeling van de presentatie mee met
een gewichtsfactor 1/3, en de beoordeling van de ingeleverde verslagen en
opdrachten met een gewichtsfactor 2/3.
Deelnemende vakgroepen
Aan dit blok nemen vele vakgroepen deel, alsook docenten uit vele disciplines.
Onderstaande tabel geeft een overzicht van de deelnemende vakgroepen en de
docenten die als aanspreekpunt van de desbetreffende vakgroepen dienen.
Vakgroep Docent Medische Fysica & Biofysica T. Oostendorp (coordinator) Celbiologie & Histologie J. Fransen Kindergeneeskunde C. de Korte Nucleaire Geneeskunde H. Rennen Pathologie H. Dijkman Radiodiagnostiek J. Lemmens
2. Inleiding signaalanalyse
Als men vermoedt dat een bepaald orgaan niet functioneert zoals het zou moeten,
kan men met een of andere afbeeldingstechniek dat orgaan bekijken, of een of
andere invasieve techniek toepassen, zoals het nemen van een biopt. Vaak kan
echter een betere indruk van het functioneren van het orgaan verkregen worden
door het meten van signalen die door het orgaan worden opgewekt. Een voorbeeld
hiervan is een bundeltakblok in het hart. Bij een bundeltakblok is een deel van
het geleidingssyteem in het hart (het Purkinje systeem) onderbroken. Het gevolg
is dat de depolarisatie een deel van het hart niet bereikt via het purkinje
systeem, maar via de tragere voortgeleiding door het myocard. Van een
bundeltakblok is (zonder het hart aan stukjes te snijden) niets te zien. In het
ECG is echter goed te zien dat een deel van het hart relatief laat geactiveerd
wordt.
In dit onderdeel wordt een inleiding gegeven in de eigenschappen van fysiologische signalen (ECG, EEG ed), en hoe uit de registratie van die signalen de gewenste informatie gedestilleerd kan worden.
3. Inleiding beeldbewerking
In dit onderdeel wordt een inleiding gegeven in de digitale beeldverwerking.
Digitaal heeft hier betrekking op de nieuwe mogelijkheden, die
gecomputeriseerde afbeeldingsmethoden momenteel bieden. Er wordt onderscheid
gemaakt tussen beeldbewerking en beeldverwerking. Bij beeldbewerking worden er
van een bepaald beeld door het toepassen van een bepaalde algoritme
veranderingen in een beeld aangebracht. Bij beeldverwerking wordt een beeld of
een serie van beelden zodanig verwerkt, dat er slechts een meetwaarde, een
beperkt aantal getallen of een nieuw "soort" beeld resulteert.
MRI van het hoofd voor en na histogram-equalisatie.
Aan de hand van voorbeelden zullen de toepassingen in de kliniek worden aangegeven.
4. Diagnostiek met behulp van ultrageluid
De interpretatie van echobeelden is niet eenvoudig, omdat er niet een zo
duidelijk en scherp beeld verkregen wordt met ultrageluidstechnieken als met
sommige andere beeldvormende technieken. Voor een goede interpretatie is het
nodig te een goed inzicht te hebben in hetgeen met echografische technieken
wordt afgebeeld.
De echografische weergave en ook de meetnauwkeurigheid (b.v. bij bloedstroom snelheidsbe- paling) zijn afhankelijk van de fysische eigenschappen van het ultrageluid. Daarnaast zijn anatomische structuren en weefsels van invloed op de voortplanting van ultrageluid en daarmee op de kwaliteit van beelden.
Vierkamer view van het hart, verkregen met behulp van echografie.
In de linker afbeelding is met kleur de stroomsnelheid en -richting van het
bloed aangegeven; in de ECG registratie is het moment van de opname aangegeven.
5. Diagnostiek met behulp van radiodiagnostische methoden
Het specialisme radiologie omvat een zeer uitgebreid scala aan onderzoeken
verdeeld over drie onderzoektechnieken: Röntgentoepassingen, ultrageluid en
kernspinresonantie. Elk van de onderzoektechnieken vereist zeer specifieke
expertise vanwege de vele mogelijkheden tot variatie van bepaalde
instelparameters. Dit maakt een goede afweging van de inzet van een bepaalde
techniek voor een bepaalde klinische vraagstelling tot een essentiele stap
in het diagnostische proces. Naast factoren als technische kwaliteit en
toestand en medewerking van de patient tijdens het onderzoek, spelen
factoren als beoordelingsomstandigheden (beeldkwaliteit, postprocessing) en
radiologische expertise een belangrijke rol.
Het vlak van een MR opname kan een
willekeurige richting hebben. In dit voorbeeld is het hart zo doorsneden dat
het hart loodrecht ten opzichte van de hartas doorsneden wordt. Omdat het hart
scheef in het lichaam ligt is de romp hierbij scheef doorsneden. Rechtsboven is
de linkerlong te zien; linksonder de lever. De heldere vlek middenonder is een
artefact. Bij deze opname is de MR registratie getriggerd op het ECG, om een
stilstaande afbeelding van het hart te verkrijgen.
![[Thom's heart]](gif/thomhrts.gif)
Als u dit plaatje klikt, krijgt u een met behulp
van MRI gemaakt filmpje (xanim formaat) te
zien waarin de mechanische activiteit van het hart
te zien is. Ook hierbij is gebruik gemaakt van triggering op het ECG.
Als u geen xanim heeft, klik dan hier
om het (in lagere kwaliteit) in mpeg formaat te zien.
6. Beeldvorming met behulp van radionucliden
Het specialisme Nucleaire Geneeskunde levert een (in omvang bescheiden)
belangrijke bijdrage aan de diagnostiek en therapie op vele terreinen van de
geneeskunde. Het totaal aantal verrichtingen in Nederland is 200.000 per jaar.
De techniek berust op het principe, dat radioactief gelabelde farmaca, die aan
de patienten worden toegediend, gevolgd kunnen worden in het lichaam door
middel van speciale meetapparatuur (gammacamera). De belangrijkste
diagnostische waarde van beeldvorming in de nucleaire geneeskunde is het
opsporen van afwijkingen van de metabolismes en van de functie van organenIn
dit onderdeel worden de fysische en radiofarmaceutische principes bestudeerd.
Tevens wordt aandacht besteed aan de noodzaak van kwaliteitscontrole van de
apparatuur en radiopharmaca toegelicht. De invloed van beeldbewerking op de
interpretatie van de medische beelden wordt bestudeerd en besproken.
Tc-99m scan van patient met botmetastasen. Het radioactieve Tc-99m is gebonden
aan een fosforgroep die wordt opgenomen in het bot, en dan vooral op plaatsen
waar een sterke stofwisseling plaats vindt. De opname is gemaakt met een
gamma-camera. Links de opname van voren, rechts van achteren.
7. Beeldvorming op cel/weefselniveau
Bij het histopathologisch onderzoek wordt in weefselstukjes nagegaan of
ziekteprocessen aanwezig zijn. Deze weefselstukjes worden verkregen na
operatieve verwijdering van een orgaan of orgaandeel (resectiepreparaat), via
een ingreep met een diagnostisch oogmerk (biopsie) of bij postmortaal
onderzoek. Voorafgaand aan het onderzoek worden van de weefselstukjes dunne
coupes (weefselcoupes) vervaardigd. In dit onderdeel komt aan de orde welke
bewerkingen het weefselstukje ondergaat (kan ondergaan), aan de hand van welke
criteria de beoordeling plaatsvindt en welke conclusie wel/niet met zekerheid
kunnen worden getrokken.
In een viertal dagthema's komem de volgende zaken aan de orde: de histodiagnostiek, de cytodiagnostiek, het onderzoek aan celbestanddelen (ultrastructureel onderzoek), bijzondere technieken (technieken die gecompliceerde technische voorzieningen vergen en daarom alleen in bijzondere gevallen worden toegepast).
Electronenmicroscopische immunogoud kleuring van
spijsverteringsenzymen in de microvilli van een dunne darm epitheelcel.
Ultradunne coupes zijn gelabeld met antilichaam gekoppeld aan 10 nm
goudbolletjes. vergrating is ongeveer 50000x.
Confocale laser scan opname van een immunofluorescente
triple-kleuring (rood, groen en blauw) van cytoskelet componenten in
fibroblasten.
8. Obductie als kwaliteitscontrole
Ondanks de toename van het aantal diagnostische gegevens dat tijdens ziekte kan worden verkregen, bijvoorbeeld via beeld- en signaalvormende technieken, zijn er omstandigheden die een onderzoek na de dood (postmortaal onderzoek/obductie) wenselijk maken. In dit onderdeel worden deze omstandigheden (indicaties) nader toegelicht. Ook zal worden ingegaan op de procedurele aspecten van het postmortale onderzoek en de ethische en wettelijke kaders die daarbij in acht moeten worden genomen.
Voor de interpretatie van de bevindingen die bij obductie zijn verkregen is een goede kennis van de voorgeschiedenis (klinische gegevens) van de patient onontbeerlijk. In een practicum leert de student obductiegegevens te interpreteren in het licht van de voorgeschiedenis van de patient.
9. Meting van fysiologische signalen
Een belangrijk diagnostisch hulpmiddel in de geneeskunde is de registratie van
fysiologische signalen. U kunt hierbij denken aan signalen als de bloeddruk,
diverse bio-elektrische signalen zoals het elektrocardiogram en het
elektroencephalogram en het hartminuutvolume, maar ook aan simpelere grootheden
als de lichaamstemperatuur en het lichaamsgewicht. In onderdeel 2 zijn een
aantal klinische toepassingen van fysiologische signalen aan de orde gekomen.
In dit onderdeel wordt dieper ingegaan op de eisen die worden gesteld aan de
meetsystemen waarmee fysiologische signalen worden gemeten, en hoe deze
samenhangen met de eigenschappen van die signalen. Daarvoor wordt eerst
bekeken hoe de relatie tussen het eigenlijke signaal en de registratie ervan
in algemene termen beschreven kan worden.
De te meten grootheid wordt in het algemeen niet rechtstreeks waargenomen; Een meting is een afbeelding van de werkelijkheid. Om een meting goed op zijn waarde te kunnen schatten, is het nodig iets te weten over de manier waarop de afbeelding tot stand komt, dat wil zeggen: de meetmethode. Het is gelukkig niet nodig de werking van het meetapparaat te begrijpen; met een aantal basale eigenschappen van het meetsysteem kan worden beschreven hoe het signaal (datgene wat gemeten wordt) omgezet wordt in een respons (het resultaat van de meting), zonder je bezig te houden met hoe het meetsysteem dat nu doet. Een dergelijke beschrijving van meestsystemen wordt een black box beschrijving genoemd. Met name de systeemtheorie leent zich voor een black box beschrijving van meetsystemen.
In een aantal zelfstudie opdrachten en practica worden de eigenschappen van meetsystemen bestudeerd, en de betekenis ervan voor de mogelijkheden en beperkingen van die meetsystemen.
Opstelling voor het meten van het verband tussen EMG en spierkracht.
Staprespons van catheter-bloeddrukmeting systeem bij verschillende waarden van
de dempingsconstante van het systeem.
10. Signaalanalyse
Vaak is het voor het stellen van een diagnose met behulp van een
signaalvormende techniek nodig het signaal na registratie nader te analyseren.
Voor het bepalen van de plaats van een ectopisch focus uit gemeten ECG's
bijvoorbeeld, moet met een computerprogramma berekend worden van welke plaats
binnen het hart het vroegste deel van een ectopisch QRS complex afkomstig kan
zijn.
Om een signaal te kunnen analyseren, moet men eerst de beschikking hebben over een registratie van dat signaal. Dit zou een simpele weergave van dat signaal op papier kunnen zijn. Cardiologen bijvoorbeeld meten op een uitgeschreven ECG de duur en amplitude van het QRS complex op, om na te gaan of er sprake is van hartafwijkingen. Complexe signaalbewerkingen, zoals een Fouriertransformatie om de frequentie-inhoud van het signaal te bepalen, zijn echter niet mogelijk met behulp van enkel een uitgeschreven signaal. Daarvoor moet het signaal in digitale vorm beschikbaar zijn voor een computer. Ook vormen van signaalbewerking die door hardware uitgevoerd kunnen worden, zoals filtering, kunnen net zo goed, en vaak beter, achteraf met de computer gedaan worden.
Onderdrukking van ruis in een EEG opname door herhaalde regstratie en bepaling
van het gemiddelde van de registraties (signaalmiddeling).
Onderdrukking van 50 Hz (brom) door toepassing van een digitaal filter. Boven:
Electromagnetocardiogram met brom; onder: na filtering.
11. Van ECG naar activatiepatroon van het hart
In de huidige klinische praktijk gebeurt de beoordeling van het functioneren
van het hart op grond van het ECG op fenomenologische wijze: de cardioloog
heeft geleerd bepaalde ECG golfvormen de relateren aan bepaalde afwijkingen.
Het zou beter zijn als er een afbeelding gemaakt zou kunnen worden van wat
zich nu precies elektrisch op het hart afspeelt.
Op de afdeling Medische Fysica en Biofysica is een methode ontwikkeld om de
activatievolgorde van het hart te bepalen op grond van het ECG, en hiervan een
afbeelding te maken. Hiervoor is het nodig het ECG veel nauwkeuriger te bepalen
dan gebruikelijk. Verder blijkt het nodig de individuele geometrie nauwkeurig
te kennen. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van MRI en eventueel ECG.
In dit onderdeel wordt kennis gemaakt met het wetenschappelijk onderzoek op dit
gebied.
Model van het torso, gebaseerd op MR opnamen, om de activatievolgorde van het
hart te berekenen uit het gemeten ECG.
Activatievolgorde van het hart non-invasief bepaald uit het ECG met behulp van
bovenstaand model. De actievatietijd op het ventrikel is met behulp van kleur
weergegeven; links staat de kleurenschaal. De tijd is hierbij in milliseconden
sinds start QRS aangegeven.
13. Studenten presentaties
De studenten verzorgen per tweetal een voordracht over een van de onderwerpen
die in het keuzeblok aan de orde zijn geweest. Waar mogelijk is bij elke
voordracht ook de ter zake deskundige docent van dat onderwerp aanwezig. De
voordracht telt mee voor de beoordeling.
)