Samenvatting Systematische Natuurkunde VWO6 H12 Medische Beeldvorming

(12. Medische beeldvorming)
12.1 echografie en mri
echografie
Echografie is een techniek die o.a. in de geneeskunde veel toepassingen heeft, bijv. in de verloskunde.
• Met een transducer worden geluidsgolven in pulsen (met frequenties tussen de 1 en 10 MHz, dus niet hoorbaar →
ultrasoon geluid) het lichaam in gestuurd.
• De geluidssnelheid is afhankelijk van het soort weefsel (zie BINAS tabel 15A).
- Verschil in geluidsnelheid tussen twee media groot → veel reflectie.
• Uit de gemeten tijd tussen de uitgezonden en weerkaatste pulsen kan de afstand tot de transducer worden
berekend → de computer berekent het beeld, de echo.
• Er zijn alleen structuren zichtbaar die een afmeting hebben groter of gelijk aan de golflengte van het geluid.
• Voordelen: geen gebruik ioniserende straling, veilig, goedkoop, snel, kleine apparaten.
• Nadelen: niet geschikt voor longen en botten (onduidelijke beelden).

mri
Andere onderzoeksmethoden maken gebruik van elektromagnetische golven (hebben altijd lichtsnelheid), bij MRI
wordt er bijv. gebruik gemaakt van microgolven (zie BINAS tabel 19B voor frequentie en andere toepassingen).
• Een MRI-scan is gebaseerd op de magnetische eigenschappen van waterstofkernen.
- In een MRI-apparaat wordt een sterk magnetisch veld aangelegd door een holle cilindrische elektromagneet
en er worden waterstofkernen uitgezonden door zendspoelen. Een waterstofkern kan zich in twee
energietoestanden bevinden. Een waterstofkern kan van de lage naar de hoge energietoestand gaan door
een foton op te nemen, dit gebeurt bij de resonantiefrequentie. Na een tijdje gaat de kern weer over naar
de lage toestand, hierbij wordt een foton uitgezonden. De uitgezonden fotonen worden geregistreerd door
ontvangstspoelen.
- De resonantiefrequentie hangt af van de sterkte van het magnetisch veld en het soort weefsel.
- Om te weten uit welk deel van het lichaam een foton afkomstig is, zijn er extra gradiëntspoelen die
plaatselijk het aanwezige magnetisch veld iets veranderen. De fotonfrequentie wordt zo ingesteld dat
alleen de kernen die zich in het gradiëntveld een foton kunnen opnemen en later weer uitzenden.
• Voordelen: levert veel informatie, goed contrast, weinig stralingsbelasting, goed 3D-beeld, geen schadelijke
bijwerkingen.
• Nadelen: erg duur, onderzoeken duren lang, lawaaiig, magneetspoelen moeten gekoeld worden tot 4 K, niet
geschikt voor patiënten met magnetiseerbare stoffen in hun lichaam, kleine bewegingen geven grote verstoring
van beelden.



12.2 rontgenfoto en ct-scan
halveringsdikte
De hoeveelheid straling die een een materiaal tegenhoudt, hangt af van de dikte van het materiaal.
• Doorlatingskromme: de grafiek die de intensiteit van doorgelaten straling weergeeft als functie van de dikte.
• Halveringsdikte: de dikte van een bepaald materiaal waarbij de helft van de straling wordt doorgelaten.
- Afhankelijk van materiaal en de hoeveelheid energie van de straling → zie BINAS tabel 28B voor de
halveringsdiktes van verschillende materialen bij verschillende energieën.

, • De hoeveelheid doorgelaten straling bij een bepaalde dikte kan worden berekend met de halveringsdikte:

( 0)
d log II

(2)
1 d1 d
I = I0 ⋅ 2 en ook geldt =
d1
2
log ( 12 )
- I is de intensiteit die wordt doorgelaten in W/m2
- I0 is de intensiteit die op het materiaal valt in W/m2 (in principe 100%)
- d is de dikte van het materiaal tussen de bron en de ontvanger in m
- d 1 is de halveringsdikte in m
2

rontgenfoto
Bij een röntgenfoto zendt een röntgenbron gedurende een korte periode röntgenstraling uit, vervolgens
registreert een detector hoeveel straling is doorgelaten.
• Waar veel röntgenstraling is doorgelaten, is de foto donkerder.
- Botten hebben een kleinere halveringsdikte dan weefsel (laten minder straling door), waardoor ze op een
röntgenfoto lichter/witter zijn dan weefsel.
• Een verpleegkundige beschermt zich bij een röntgenfoto tegen strooistraling door achter loodglas te staan.

ct-scan
Bij een CT-scan kan met behulp van een CT-scanner een driedimensionaal beeld worden gemaakt doordat een
röntgenbron om de patiënt heen draait (een rontgenfoto geeft alleen een 2D-beeld).



12.3 ioniserende straling
stralingsbronnen
Er zijn verschillende soorten stralingsbronnen:
• Kunstmatige stralingsbronnen (bijv. een röntgenbuis)
• Natuurlijke stralingsbronnen:
- Radioactieve stoffen: bepaalde atoomsoorten zenden van nature straling uit (bijv. uraan), in de aardkorst
komen stoffen met deze atoomsoorten voor.
- Kosmische straling: vanuit het heelal komen geladen en ongeladen deeltjes richting de aarde.
- Achtergrondstraling: het totaal aan straling afkomstig van natuurlijke stralingsbronnen.

atoombouw
Een atoom is opgebouwd uit een kern en daaromheen een elektronenwolk.
• De kern is opgebouwd uit protonen (met een positieve lading) en neutronen (neutraal).
• De massa van een proton en een neutron is ongeveer gelijk, de massa van een elektron is veel kleiner.
• Een atoom heeft evenveel elektronen (met een negatieve lading) als protonen in de kern → een atoom is
elektrisch neutraal.
• Het aantal protonen in de kern bepaalt de atoomsoort, elke atoomsoort heeft een eigen symbool en specifieke
chemische eigenschappen.
• Atoomnummer/ladingsgetal: het aantal protonen in de kern (Z)
• Massagetal: de som van het aantal protonen en neutronen in de kern (A)
- A = N + Z, hierbij is N het aantal neutronen in de kern.
• Met het atoomnummer en het massagetal ligt de samenstelling van de kern vast, deze samenstelling kan
massagetal
schematisch worden weergegeven met: X, waarbij X het symbool van de atoomsoort is.
atoomnummer
- Omdat het atoomnummer eigenlijk overbodig is (het aantal protonen wordt al gegeven door het symbool
van de atoomsoort zelf) kan er ook massagetal X, X-massagetal of atoomnaam-massagetal worden
geschreven.