Magnetic resonance imaging (MRI), in het Nederlands soms aangeduid met kernspintomografie, is een medische beeldvormingstechniek die wordt gebruikt voor het in kaart brengen van het lichaam en bepaalde lichaamsprocessen. MRI-scanners werken met een sterk magneetveld en radiogolven waarmee de organen in het lichaam zichtbaar kunnen worden gemaakt. Aan MRI komen geen röntgenstralen of ioniserende straling te pas, waardoor deze technologie zich onderscheidt van CT- of CAT- en PET-scans.
MRI wordt in de geneeskunde veel gebruikt voor het stellen van een diagnose, het bepalen van het stadium van een ziekte en voor het opvolgen van patiënten zonder ze bloot te stellen aan gevaarlijke straling. Vergeleken met CT-scans duren MRI-scans vaak langer, maken de scanners veel meer lawaai en moeten mensen in een langere tunnel liggen. Dit wordt door sommige mensen als onprettig ervaren. De resolutie (scherpheid) van MRI-scans kan hoger zijn dan die van CT-scans, maar het is met name het contrast tussen de verschillende weefsels waardoor artsen een duidelijker beeld kunnen krijgen van eventueel letsel of ziekte in het lichaam.
MRI berust op het natuurkundige mechanisme van de nuclear magnetic resonance (NMR), kernspinresonantie. Deze term is voor de medische beeldvorming in onbruik geraakt vanwege de onterechte associatie met kernreacties en radioactiviteit, maar de afkorting NMR wordt verder in de exacte wetenschappen (natuurkunde, scheikunde, biochemie) wel normaal gebruikt voor onderzoek met kernspinresonantie. In België wordt de afkorting NMR nog wel gebruikt om MRI aan te duiden.
De eerste die zich realiseerde dat met NMR beelden van levend weefsel konden worden gemaakt was begin 1970 de Amerikaanse biofysicus Raymond Damadian. Tegen 1977 kon hij een eerste (enorm groot) prototype laten zien. Daarna ging de ontwikkeling snel en ieder jaar werden er verbeteringen in de beeldvorming en verwerking aangebracht.
Werking Kernspin, gradiënt en puls thumb|MRI-scan van de hersenen MRI is gebaseerd op dezelfde technieken als de kernspinresonantie-spectroscopie zoals die in de chemische analyse wordt gebruikt. Om een MRI-scan te maken, wordt iemand in een MRI-scanner gelegd. Hierbij wordt de patiënt in een sterk, homogeen statisch magneetveld geplaatst (het B₀-veld). Protonen (waterstofkern) in lichaamsweefsel dat water of vet bevat geven een signaal af dat verwerkt kan worden tot een afbeelding. Eerst wordt er met elektromagnetische straling een trilling in het magneetveld opgewekt met precies de juiste resonantiefrequentie. De aangeslagen kernspins van de waterstofatomen zenden dan radiogolven uit, die worden gemeten met een spoel. De radiogolven kunnen zo worden afgesteld dat ze informatie geven over posities van bepaalde structuren in het lichaam door een gradiënt in de sterkte van het magneetveld te maken. De spoelen worden snel aan- en uitgezet, wat het kenmerkende rammelende geluid van een MRI-scan produceert. Het contrast tussen verschillende weefsels wordt onder andere bepaald door de hoeveelheid waterstof in het weefsel. Aangezien allerlei soorten weefsel verschillende waterstofdichtheden hebben kunnen dan details van de anatomie worden waargenomen.
Voor MRI is een sterk en homogeen magneetveld nodig. De sterkte van het magneetveld wordt gemeten in tesla (T). De sterkte wisselt per apparaat, typisch tussen 0,2 en 7 T. Het magneetveld wordt opgewekt door supergeleidende spoelen, gekoeld met vloeibaar helium. Met permanente magneten kunnen zwakkere magneetvelden worden gemaakt. Dit kan nuttig zijn voor "open" MRI-scanners, voor claustrofobische patiënten.
Scanners met een veldsterkte van 7 T hebben een heel sterk magneetveld en kunnen daardoor zeer scherpe beelden produceren. Deze worden bijna alleen gebruikt in (medische) onderzoekscentra, en dus zelden voor klinische doeleinden. Het LUMC in Leiden, Amsterdam UMC en het UMC Utrecht hebben zo'n scanner. In 2024 is de eerste 7 T scanner gecertificeerd voor klinisch gebruik door het Amsterdam UMC. Een MRI-scanner van 9,4 T werd in 2013 in een nieuw onderzoekscentrum van de Universiteit Maastricht geplaatst.
Omgevingsafhankelijkheid van relaxatietijd (T1 en T2) thumb|Voorbeelden van T1-, T2- en PD (protondichtheid)-gewogen MRI-scans Naast de waterstofdichtheid zijn er ook andere weefseleigenschappen waarvan een plaatje te maken is, namelijk de snelheid waarmee de kernspin van aangeslagen atomen terugkeert naar de grondtoestand, de zogenoemde relaxatietijden. Zo is de tijd te meten waarin de longitudinale spincomponent voor 63% terugklapt, de zogenoemde T1. Deze is afhankelijk van de snelheid waarmee de waterstofkernen (protonen) in het weefsel de energie van hun spin afstaan in de vorm van warmte. Tevens is de tijd die het duurt voordat de transversale (dwars)component voor 63% vervalt te meten (T2). Op T1-gewogen opnamen geeft weefsel met een korte T1, zoals vetweefsel een hoog signaal waardoor het in wit op het beeld zichtbaar is. Bij een T2-opname geven weefsels met juist een lange T2, zoals vocht en vloeistoffen een sterk signaal. Een T1- of T2-gewogen afbeelding wordt vervaardigd door de fliphoek, de echotijd en repetitietijd in te stellen.
MRI-beelden worden standaard in zwart-wit afgebeeld, waarin de verschillende soorten weefsels hun eigen grijstint hebben:
Signaal T1-gewogen T2-gewogen Sterk Vet Subacute bloeding Melanine Eiwitrijke vloeistoffen Langzaam stromend bloed Paramagnetische substanties, zoals gadolinium, mangaan en koper Corticale laminaire necroseStructuren met hoger watergehalte, zoals oedeem, tumor, infarct, ontsteking en infectie Extracellulair gelokaliseerde methemoglobine in subacute bloeding Gemiddeld Grijze stof is donkerder dan witte stof.Witte stof is donkerder dan grijze stof. Zwak Bot Urine Hersenvocht Lucht Structuren met hoger watergehalte, zoals oedeem, tumor, infarct, ontsteking en infectie Lage protondichtheid, zoals bij calcificatieBot Lucht Vet Lage protondichtheid, zoals bij calcificatie en fibrose Paramagnetisch materiaal, zoals deoxyhemoglobine, intracelullaire methemoglobine, ijzer, ferritine, hemosiderine, melanine Eiwitrijke vloeistoffen
Visualisatie en resolutie Om het resultaat te visualiseren wordt de scan door de computer meestal als een aantal 'plakjes' van het lichaam of het hoofd gepresenteerd, die naar keuze in de drie anatomische vlakken (sagittaal, transversaal, coronaal) kunnen worden bekeken. Vaak kan zelfs elk mogelijk vlak onder willekeurige hoek gekozen worden - de gegevens kunnen door een snelle computer op iedere gewenste manier worden gepresenteerd, de enige beperkende factor is de benodigde rekentijd. Ook driedimensionale weergaven van bepaalde structuren in een bepaalde lichtval behoren tot de mogelijkheden, zolang er maar een manier bestaat om met behulp van de software te onderscheiden welke voxel (beeldpunt) tot de structuur behoort en welke niet. De software-ontwikkeling is daarom onverbrekelijk verbonden met die van de andere technieken.
Met moderne MRI-scanners is het scheidend vermogen ongeveer 0,3 millimeter (2005).
Contrastmiddelen Om het contrast van de MRI-scans te verhogen kan men een contrastmiddel in de bloedstroom inspuiten. Om een artrogram (afbeelding van een gewricht) van bijvoorbeeld de schouder, heup of pols te maken wordt dit contrastmiddel verdund in het gewricht geïnjecteerd. Contrastmiddelen voor MRI zijn meestal gadoliniumverbindingen, die paramagnetische eigenschappen hebben. Voorbeelden zijn: gadoterate meglumine (Gd-DOTA, merknaam: Dotarem), gadopentetaatdimeglumine (Gd-DTPA, merknaam: Magnevist), gadoxetaat (Gd-EOB-DTPA, merknaam: Primovist) en gadobutrol (Gd-BT-DO3A, merknaam: Gadovist). De gadoliniumverbindingen kunnen echter moeilijk uitgescheiden worden bij patiënten met een nierstoornis en in ernstige gevallen kan het nodig zijn om ze te verwijderen door middel van hemodialyse. Bij patiënten met een ernstige nierinsufficiëntie kunnen bepaalde soorten gadoliniumhoudende contrastmiddelen ook een toxische reactie (nefrogene systemische fibrose) veroorzaken. Tot nu toe lijken de minder stabiele verbindingen (non-ionisch, lineair) de boosdoeners te zijn. Sommige contrastmiddelen kunnen ook allergische reacties veroorzaken.
Beperkingen door het magneetveld thumb|Veelvoorkomend veiligheidssymbool thumb|Waarschuwingstekst bij een MRI-scanner in het UMCG (2015) Bij een MRI-scan mag beslist geen ferrometaal aanwezig zijn. Dat geldt zelfs voor make-up, waarin vaak metaaldeeltjes zitten. Kleding met ritssluitingen en metalen knopen of sluitingen moet worden uitgetrokken, achtergebleven metalen paperclips in nieuwe overhemden moeten worden verwijderd, net als sleutelbossen en portemonnees met munten. Goud is geen ferrometaal, dus gouden sieraden en gouden tanden zijn geen probleem. Betaalpasjes en dergelijke worden gewist door het sterke magneetveld van de MRI.
Tijdens het onderzoek is de patiënt alleen; er is geen verpleegkundige of laborant aanwezig. De patiënt krijgt een drukknop in de hand om hulp te kunnen roepen. Deze werkt met luchtdruk: het is geen elektrische drukknop maar een knijpballetje. Soms krijgt de patiënt een koptelefoon voor muziek naar keuze en contact met de laborant.
De aanwezigheid van sommige metalen voorwerpen in het lichaam van patiënten (onder andere endoprothesen, pacemakers, spiraaltjes, neurostimulatoren, insulinepompen, intraoculaire metaaldeeltjes (in het oog), metalen kunsthartkleppen en cochleaire implantatenDe nieuwe generatie cochleaire implantaten zijn MRI-bestendig. Sommige implantaten werken normaal tot 1,5 à 3 tesla.) kan, afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld van het MRI-apparaat, een contra-indicatie zijn voor het uitvoeren van het MRI-onderzoek, omdat het plaatsen van deze voorwerpen in een magnetisch veld een gevaar kan opleveren voor de patiënt. Dit geldt vooral voor ferromagnetische materialen.
Er zijn gevallen bekend van patiënten met metalen clips (knijpers) op slagaders van de hersenen waarbij tijdens een MRI-onderzoek de clips losschoten en letsel aan de hersenen toebrachten. Moderne implanteerbare clips en andere voorwerpen zijn om deze reden in het algemeen niet gevoelig meer voor magneetvelden (ze worden veelal gemaakt van titanium) maar kunnen nog wel de beeldvorming bij MRI verstoren. Normaal gesproken ligt hierbij de grens bij het jaar 1990: ferromagnetische clips die hiervoor intracranieel (in de schedel) zijn aangebracht of die minder dan vijf weken voor het onderzoek zijn geplaatst vormen een absolute contra-indicatie (tegenargument) voor het vervaardigen van een MRI. Ook bij een zwangerschapsduur korter dan twaalf weken wordt meestal geen MRI vervaardigd. Oude tatoeages (die door het magneetveld kunnen vervloeien) vormen relatieve contra-indicaties.
Het kan ook problematisch zijn als de patiënt claustrofobie heeft.
MRI en CT De beelden van een MRI-onderzoek lijken in eerste instantie op die van een CT-scanner met röntgenstraling, beide zijn zogenoemde tomografieën. Maar er zijn grote verschillen door de wijze waarop de beelden gevormd worden. Een CT-scanner meet absorptie van röntgenstraling, waarbij vooral het dichte calcium in botten opvalt. Een MRI-scanner meet met radiostraling het voorkomen van één element, vaak is dat waterstof, maar koolstof, stikstof en fosfor kunnen ook gevolgd worden. Een MRI-scanner stelt de patiënt niet bloot aan ioniserende straling zoals de röntgenstraling van CT-scanners. Er zijn wel andere gevaren, zoals het eerder genoemde sterke magnetisme. Bij specifieke instellingen kan door het gebruik van de radiogolven de temperatuur in de patiënt wat oplopen. De scanner lijkt dan op een zeer groot uitgevallen magnetron. Er zit voldoende beveiliging op de scanners om de opwarming minimaal te houden. Als er zich toch metalen voorwerpen in of op de patiënt bevinden, dan kunnen deze, bij specifieke instellingen van de scanner, wel nare brandwonden veroorzaken.