Natuurkunde samenvatting hoofdstuk 12 – medische beeldvorming
Paragraaf 1
Zichtbaar licht en röntgenstraling zijn voorbeelden van elektromagnetische golven.
Bij een MRI-apparaat komen microgolven vrij. Bij een röntgenfoto komt röntgenstraling.
In BINAS 19B staat een uitgebreider overzicht. Daarin staan ook de fotonenergieën van de soorten
straling. Fotonen van radiostraling hebben weinig energie, de fotonen van uv-, röntgen-, en
gammastraling hebben veel energie.
Röntgen- en gammastraling zijn gevaarlijker dan uv-straling. Het zijn vormen van ioniserende
straling. Hun fotonen hebben genoeg energie om elektronen uit atomen weg te slaan, waardoor
deeltjes met andere eigenschappen ontstaan en dat kan gevaarlijk zijn.
Omdat je bij ongeboren baby’s voorzichtig moet zijn met straling, gebruikt een verloskundige
echografie. Dit is met geluidsgolven met een frequentie tussen de 1 MHz en 10 MHz. Het is een
ultrasoon geluid, je kunt het niet horen.
Bij echografie zendt een transducer korte geluidspulsen uit. Het lichaam van de foetus reflecteert
een deel van elke puls en de transducer vangt de weerkaatste puls weer op. De transducer zendt pas
een nieuwe puls als de andere ontvangen is. Hoe groter de afstand tot de foetus, hoe langer het
duurt tot het geluid is teruggekeerd. Met die gegevens berekent een computer het beeld van de
foetus.
De frequentie van de geluidsgolven is constant. De snelheid hangt af van het soort weefsel. De
geluidssnelheid in weefsels is veel groter dan in de lucht. De golflengte van geluid is in weefsels dus
veel groter dan in de lucht.
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere overgaat, reflecteert een deel van de golf.
Als het verschil in geluidssnelheid groot is, dan is er veel reflectie.
Bij echografie wordt gel gebruikt om te voorkomen dat tussen lichaam en transducer luchtbellen
ontstaan die het geluid reflecteert en het echobeeld verstoren.
Bij het maken van een MRI-scan ligt de patiënt in een soort tunnel. Het scanapparaat brengt de
verdeling van de waterstofatomen in het lichaam in beeld.
Deze techniek maakt gebruik van het feit dat waterstofkernen kleine magneetjes zijn. Normaal merk
je daar niks van, want de magneetjes liggen allemaal door elkaar. In een MRI-apparaat wordt de
richting van de magneetjes veranderd, waardoor je kunt bepalen waar zich waterstofatomen
bevinden.
Een MRI-scan wordt gemaakt in 4 stappen:
1. Een hele grote elektromagneet zorgt voor een sterk magnetisch veld in de tunnel. De
magnetische waterstofkernen die zich in dit veld bevinden, gaan zich richten in de richting
van het veld of juist in tegengestelde richting. De meeste kernen gaan in de richting van het
veld staan. Dat komt omdat er meer energie nodig is om ze in tegengestelde richting te
zetten.
2. Om een MRI-scan te maken, moeten de magneetjes in de aangeslagen toestand komen. Bij
een constant magnetisch veld kost dat overal evenveel energie, zonder onderscheid tussen
verschillende delen van het lichaam. Daarom zijn er extra elektromagneten,
gradiëntspoelen, die ervoor zorgen dat de grootte van het magnetisch veld niet overal in de
tunnel gelijk is.
, 3. Een spoel zendt korte tijd radiogolven uit met een frequentie in de orde van grootte van 100
MHz. Als een foton van deze straling precies genoeg energie heeft, kan een waterstofatoom
in de aangeslagen toestand komen. Dit atoom kan later weer in de grondtoestand komen en
dan weer in aangeslagen toestand --> resoneren.
4. Het resoneren van waterstofkernen zorgt voor radiostraling. Door die straling te meten,
berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel aanwezig is.
Paragraaf 2
Bij het maken van een röntgenfoto wordt aan de ene kant van het lichaam röntgenstraling
uitgezonden. Aan de andere kant van het lichaam meet een detector hoeveel straling het lichaam
heeft gepasseerd.
Hoeveel röntgenstraling een materiaal tegenhoudt, hangt af van de dikte van het materiaal. De
grafiek die de intensiteit van doorgelaten straling weergeeft als functie van de dikte van het
materiaal, noem je een doorlatingskromme.
De dikte waarbij de helft van de straling is tegengehouden, is de halveringsdikte.
De intensiteit van de straling die wordt doorgelaten, bereken je met:
n d
1 n=
o I =I 0 ⋅ ()
2
met ⅆ1
2
I is de intensiteit die wordt doorgelaten in W m -2
I0 is de intensiteit die op het materiaal valt in W m -2
d is de dikte van het materiaal tussen de bron en de ontvanger in m
d1/2 is de halveringsdikte in m
I
De verhouding tussen de doorgelaten straling en de opvallende straling kun je uitdrukken als een
I0
percentage.
De halveringsdikte hangt niet alleen af van het materiaal, maar ook van de energie van de straling. In
BINAS 28F staat een overzicht van de halveringsdikte van enkele stoffen bij verschillende energie van
het foton.
Het contrast op röntgenfoto’s wordt veroorzaakt door verschillende halveringsdikten van weefsels.
De arts moet zich beschermen tegen weerkaatste röntgenstraling, ofwel strooistraling. Tijdens de
foto staat hij achter een loodglas, dat houdt straling tegen.
Doorlichting = een filmpje maken met röntgenstraling van bewegende lichaamsdelen. Hiermee
kunnen bijvoorbeeld functies van organen in beeld gebracht worden. Patiënten krijgen daarvoor een
contrastmiddel toegediend zodat het zichtbaar is.
Een röntgenfoto maakt een twee-dimentionaal beeld. Een drie-dimentionaal beeld is mogelijk met
een CT-scan. De röntgenbron draait dan om de patiënt heen om opnamen onder verschillende
hoeken te maken. Een patiënt ontvangt meer straling dan bij een enkelvoudige röntgenopname.
Paragraaf 1
Zichtbaar licht en röntgenstraling zijn voorbeelden van elektromagnetische golven.
Bij een MRI-apparaat komen microgolven vrij. Bij een röntgenfoto komt röntgenstraling.
In BINAS 19B staat een uitgebreider overzicht. Daarin staan ook de fotonenergieën van de soorten
straling. Fotonen van radiostraling hebben weinig energie, de fotonen van uv-, röntgen-, en
gammastraling hebben veel energie.
Röntgen- en gammastraling zijn gevaarlijker dan uv-straling. Het zijn vormen van ioniserende
straling. Hun fotonen hebben genoeg energie om elektronen uit atomen weg te slaan, waardoor
deeltjes met andere eigenschappen ontstaan en dat kan gevaarlijk zijn.
Omdat je bij ongeboren baby’s voorzichtig moet zijn met straling, gebruikt een verloskundige
echografie. Dit is met geluidsgolven met een frequentie tussen de 1 MHz en 10 MHz. Het is een
ultrasoon geluid, je kunt het niet horen.
Bij echografie zendt een transducer korte geluidspulsen uit. Het lichaam van de foetus reflecteert
een deel van elke puls en de transducer vangt de weerkaatste puls weer op. De transducer zendt pas
een nieuwe puls als de andere ontvangen is. Hoe groter de afstand tot de foetus, hoe langer het
duurt tot het geluid is teruggekeerd. Met die gegevens berekent een computer het beeld van de
foetus.
De frequentie van de geluidsgolven is constant. De snelheid hangt af van het soort weefsel. De
geluidssnelheid in weefsels is veel groter dan in de lucht. De golflengte van geluid is in weefsels dus
veel groter dan in de lucht.
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere overgaat, reflecteert een deel van de golf.
Als het verschil in geluidssnelheid groot is, dan is er veel reflectie.
Bij echografie wordt gel gebruikt om te voorkomen dat tussen lichaam en transducer luchtbellen
ontstaan die het geluid reflecteert en het echobeeld verstoren.
Bij het maken van een MRI-scan ligt de patiënt in een soort tunnel. Het scanapparaat brengt de
verdeling van de waterstofatomen in het lichaam in beeld.
Deze techniek maakt gebruik van het feit dat waterstofkernen kleine magneetjes zijn. Normaal merk
je daar niks van, want de magneetjes liggen allemaal door elkaar. In een MRI-apparaat wordt de
richting van de magneetjes veranderd, waardoor je kunt bepalen waar zich waterstofatomen
bevinden.
Een MRI-scan wordt gemaakt in 4 stappen:
1. Een hele grote elektromagneet zorgt voor een sterk magnetisch veld in de tunnel. De
magnetische waterstofkernen die zich in dit veld bevinden, gaan zich richten in de richting
van het veld of juist in tegengestelde richting. De meeste kernen gaan in de richting van het
veld staan. Dat komt omdat er meer energie nodig is om ze in tegengestelde richting te
zetten.
2. Om een MRI-scan te maken, moeten de magneetjes in de aangeslagen toestand komen. Bij
een constant magnetisch veld kost dat overal evenveel energie, zonder onderscheid tussen
verschillende delen van het lichaam. Daarom zijn er extra elektromagneten,
gradiëntspoelen, die ervoor zorgen dat de grootte van het magnetisch veld niet overal in de
tunnel gelijk is.
, 3. Een spoel zendt korte tijd radiogolven uit met een frequentie in de orde van grootte van 100
MHz. Als een foton van deze straling precies genoeg energie heeft, kan een waterstofatoom
in de aangeslagen toestand komen. Dit atoom kan later weer in de grondtoestand komen en
dan weer in aangeslagen toestand --> resoneren.
4. Het resoneren van waterstofkernen zorgt voor radiostraling. Door die straling te meten,
berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel aanwezig is.
Paragraaf 2
Bij het maken van een röntgenfoto wordt aan de ene kant van het lichaam röntgenstraling
uitgezonden. Aan de andere kant van het lichaam meet een detector hoeveel straling het lichaam
heeft gepasseerd.
Hoeveel röntgenstraling een materiaal tegenhoudt, hangt af van de dikte van het materiaal. De
grafiek die de intensiteit van doorgelaten straling weergeeft als functie van de dikte van het
materiaal, noem je een doorlatingskromme.
De dikte waarbij de helft van de straling is tegengehouden, is de halveringsdikte.
De intensiteit van de straling die wordt doorgelaten, bereken je met:
n d
1 n=
o I =I 0 ⋅ ()
2
met ⅆ1
2
I is de intensiteit die wordt doorgelaten in W m -2
I0 is de intensiteit die op het materiaal valt in W m -2
d is de dikte van het materiaal tussen de bron en de ontvanger in m
d1/2 is de halveringsdikte in m
I
De verhouding tussen de doorgelaten straling en de opvallende straling kun je uitdrukken als een
I0
percentage.
De halveringsdikte hangt niet alleen af van het materiaal, maar ook van de energie van de straling. In
BINAS 28F staat een overzicht van de halveringsdikte van enkele stoffen bij verschillende energie van
het foton.
Het contrast op röntgenfoto’s wordt veroorzaakt door verschillende halveringsdikten van weefsels.
De arts moet zich beschermen tegen weerkaatste röntgenstraling, ofwel strooistraling. Tijdens de
foto staat hij achter een loodglas, dat houdt straling tegen.
Doorlichting = een filmpje maken met röntgenstraling van bewegende lichaamsdelen. Hiermee
kunnen bijvoorbeeld functies van organen in beeld gebracht worden. Patiënten krijgen daarvoor een
contrastmiddel toegediend zodat het zichtbaar is.
Een röntgenfoto maakt een twee-dimentionaal beeld. Een drie-dimentionaal beeld is mogelijk met
een CT-scan. De röntgenbron draait dan om de patiënt heen om opnamen onder verschillende
hoeken te maken. Een patiënt ontvangt meer straling dan bij een enkelvoudige röntgenopname.
