Natuurkunde samenvatting Hoofdstuk 12: medische
beeldvorming
§1: Echografie en MRI
Echografie is een techniek die binnen en buiten de geneeskunde veel toepassingen
heeft. Een verloskundige gebruikt daarbij een transducer, die geluidsgolven met
frequenties uitzendt. Dit geluid kun je niet horen dus heet het ultrasoon geluid. Hoe
langer het geluid erover doet om terug te keren naar de transducer, des te groter is
de afstand. Met deze gegevens berekent een computer een beeld en dat beeld
noemen we echo. Omdat de transducer meet hoe lang een geluid onderweg is,
zendt deze geluidspulsen uit ipv een constant geluid.
Voor geluidsgolven geldt: v = f x λ. De f ligt tijdens het onderzoek vast en de
geluidssnelheid is echter afhankelijk van het soort weefsel. (BINAS Tabel 15A). De
geluidssnelheid is in bot veel groter dan in ander weefsel. Dus de golflengte in bot is
veel groter.
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere medium overgaat,
reflecteert een deel van de golf. Is het verschil in geluidssnelheid groot, dan is er
veel reflectie. Omdat de geluidssnelheid van bot veel groter is kun je de botten op
een echo goed onderscheiden.
Andere onderzoeksmethoden maken gebruik van elektromagnetische golven om het
lichaam in beeld te brengen. Bij de MRI zijn dat microgolven. In BINAS Tabel 19B
staan veel toepassingen van elektromagnetische golven. Bij elke toepassing staat de
golflengte, gegevens over de frequentie en de energie. Elektromagnetische straling
bestaat uit energiepakketjes die fotonen heten. In BINAS Tabel 19B zie je: hoe hoger
de frequentie, des te hoger is de energie.
Een MRI-scan is gebaseerd op de magnetische eigenschappen van
waterstofkernen. In een MRI-apparaat wordt een sterk magnetisch veld aangelegd.
De waterstofkernen richten zich daarbij evenwijdig aan het veld. Een kern die
tegenovergesteld ligt aan het magnetische veld heeft meer energie, dan een die
dezelfde richting heeft.
In een magnetisch veld kan dus een waterstofkern zich dus in twee
energietoestanden bevinden. Een waterstofkern kan van een lage energietoestand
overgaan in een hoge door een foton op te nemen. De frequentie waar dit bij gebeurt
noem je de resonantie frequentie. Deze hangt af van de sterkte van het veld en het
soort weefsel. Ook kan het andersom, door weer een foton uit te zenden.
De drie belangrijkste onderdelen van een MRI-apparaat zijn:
- een holle cilindrische elektromagneet die zorgt voor een sterk magnetisch
veld dat overal in de tunnel even groot is.
- zendspoelen die fotonen uitzenden met een frequentie van ongeveer 50 MHz.
- ontvangstspoelen die door het lichaam uitgezonden fotonen registreert.
, Met deze opstelling weet je nog niet uit welk lichaamsdeel een foton afkomstig is.
Daarom zijn er extra spoelen, genaamd gradiëntspoelen, die plaatselijk het reeds
aanwezige magnetische veld iets veranderen. De fotonfrequentie wordt zo ingesteld
dat alleen de kernen die zich erin bevinden alleen een foton kunnen opnemen en
uitzenden. Hoe lang het duurt voordat een waterstofkern een foton uitzendt, is
afhankelijk van het type weefsel.
§2: Röntgenfoto en CT-scan
Een röntgenfoto voort als volgt gemaakt: een röntgenbron zendt gedurende een
korte periode röntgenstraling uit. Een detector aan de andere kant van het lichaam
registreert hoeveel straling doorgelaten wordt. Waar veel wordt doorgelaten is de
foto zwart.
De hoeveelheid röntgenstraling die een materiaal tegenhoudt hangt af van de dikte
van het materiaal. De beginintensiteit noem je 100%. Een grafiek die de intensiteit
van doorgelaten straling weergeeft heet een doorlatingskromme. Alle stoffen hebben
een halveringsdikte. De berekent de intensiteit van de straling die wordt doorgelaten
met:
I = Io x ½ ^ d / d1/2 I = intensiteit die wordt doorgelaten in W/m2
Io = intensiteit die op het materiaal valt in W/m2
d = dikte van het materiaal tussen de bron en de
ontvanger in m
d1/2 is de halveringsdikte in m
De halveringsdikte hangt niet alleen af van het materiaal dat je gebruikt maar ook
van de energie van de straling. In BINAS Tabel 28F zie je een overzicht van de
halveringsdikte. Bot houdt straling beter tegen dan spierweefsel. Dat betekent dat
bot een kleinere halveringsdikte heeft dat spierweefsel. Bij het maken van een
röntgenfoto komt er weerkaatsende straling genaamd strooistraling vrij. Lood houdt
dit ook goed tegen.
Een röntgenfoto maakt een tweedimensionaal beeld. Een driedimensionaal beeld
wordt mogelijk gemaakt met een CT-scan. Maakt vanuit meerdere hoeken een
opname.
§3: Ioniserende straling
Een voorbeeld ioniserende straling is röntgenstraling. Een voorbeeld van een
kunstmatige stralingsbron is een röntgenbuis. Bepaalde atoomsoorten zenden van
nature straling uit. In de aardstof komen er stoffen met deze atoomsoorten voor.
Deze stoffen noem je radioactieve stoffen. Het zijn voorbeelden van natuurlijke
stralingsbronnen. Een ander voorbeeld van een natuurlijke stralingsbron is het
heelal, vanuit het heelal komen er geladen en ongeladen deeltjes naar de aarde. Dit
noemen we kosmische straling. Het totaal aan straling dat van natuurlijke
stralingsbronnen komt, heet achtergrondstraling.
beeldvorming
§1: Echografie en MRI
Echografie is een techniek die binnen en buiten de geneeskunde veel toepassingen
heeft. Een verloskundige gebruikt daarbij een transducer, die geluidsgolven met
frequenties uitzendt. Dit geluid kun je niet horen dus heet het ultrasoon geluid. Hoe
langer het geluid erover doet om terug te keren naar de transducer, des te groter is
de afstand. Met deze gegevens berekent een computer een beeld en dat beeld
noemen we echo. Omdat de transducer meet hoe lang een geluid onderweg is,
zendt deze geluidspulsen uit ipv een constant geluid.
Voor geluidsgolven geldt: v = f x λ. De f ligt tijdens het onderzoek vast en de
geluidssnelheid is echter afhankelijk van het soort weefsel. (BINAS Tabel 15A). De
geluidssnelheid is in bot veel groter dan in ander weefsel. Dus de golflengte in bot is
veel groter.
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere medium overgaat,
reflecteert een deel van de golf. Is het verschil in geluidssnelheid groot, dan is er
veel reflectie. Omdat de geluidssnelheid van bot veel groter is kun je de botten op
een echo goed onderscheiden.
Andere onderzoeksmethoden maken gebruik van elektromagnetische golven om het
lichaam in beeld te brengen. Bij de MRI zijn dat microgolven. In BINAS Tabel 19B
staan veel toepassingen van elektromagnetische golven. Bij elke toepassing staat de
golflengte, gegevens over de frequentie en de energie. Elektromagnetische straling
bestaat uit energiepakketjes die fotonen heten. In BINAS Tabel 19B zie je: hoe hoger
de frequentie, des te hoger is de energie.
Een MRI-scan is gebaseerd op de magnetische eigenschappen van
waterstofkernen. In een MRI-apparaat wordt een sterk magnetisch veld aangelegd.
De waterstofkernen richten zich daarbij evenwijdig aan het veld. Een kern die
tegenovergesteld ligt aan het magnetische veld heeft meer energie, dan een die
dezelfde richting heeft.
In een magnetisch veld kan dus een waterstofkern zich dus in twee
energietoestanden bevinden. Een waterstofkern kan van een lage energietoestand
overgaan in een hoge door een foton op te nemen. De frequentie waar dit bij gebeurt
noem je de resonantie frequentie. Deze hangt af van de sterkte van het veld en het
soort weefsel. Ook kan het andersom, door weer een foton uit te zenden.
De drie belangrijkste onderdelen van een MRI-apparaat zijn:
- een holle cilindrische elektromagneet die zorgt voor een sterk magnetisch
veld dat overal in de tunnel even groot is.
- zendspoelen die fotonen uitzenden met een frequentie van ongeveer 50 MHz.
- ontvangstspoelen die door het lichaam uitgezonden fotonen registreert.
, Met deze opstelling weet je nog niet uit welk lichaamsdeel een foton afkomstig is.
Daarom zijn er extra spoelen, genaamd gradiëntspoelen, die plaatselijk het reeds
aanwezige magnetische veld iets veranderen. De fotonfrequentie wordt zo ingesteld
dat alleen de kernen die zich erin bevinden alleen een foton kunnen opnemen en
uitzenden. Hoe lang het duurt voordat een waterstofkern een foton uitzendt, is
afhankelijk van het type weefsel.
§2: Röntgenfoto en CT-scan
Een röntgenfoto voort als volgt gemaakt: een röntgenbron zendt gedurende een
korte periode röntgenstraling uit. Een detector aan de andere kant van het lichaam
registreert hoeveel straling doorgelaten wordt. Waar veel wordt doorgelaten is de
foto zwart.
De hoeveelheid röntgenstraling die een materiaal tegenhoudt hangt af van de dikte
van het materiaal. De beginintensiteit noem je 100%. Een grafiek die de intensiteit
van doorgelaten straling weergeeft heet een doorlatingskromme. Alle stoffen hebben
een halveringsdikte. De berekent de intensiteit van de straling die wordt doorgelaten
met:
I = Io x ½ ^ d / d1/2 I = intensiteit die wordt doorgelaten in W/m2
Io = intensiteit die op het materiaal valt in W/m2
d = dikte van het materiaal tussen de bron en de
ontvanger in m
d1/2 is de halveringsdikte in m
De halveringsdikte hangt niet alleen af van het materiaal dat je gebruikt maar ook
van de energie van de straling. In BINAS Tabel 28F zie je een overzicht van de
halveringsdikte. Bot houdt straling beter tegen dan spierweefsel. Dat betekent dat
bot een kleinere halveringsdikte heeft dat spierweefsel. Bij het maken van een
röntgenfoto komt er weerkaatsende straling genaamd strooistraling vrij. Lood houdt
dit ook goed tegen.
Een röntgenfoto maakt een tweedimensionaal beeld. Een driedimensionaal beeld
wordt mogelijk gemaakt met een CT-scan. Maakt vanuit meerdere hoeken een
opname.
§3: Ioniserende straling
Een voorbeeld ioniserende straling is röntgenstraling. Een voorbeeld van een
kunstmatige stralingsbron is een röntgenbuis. Bepaalde atoomsoorten zenden van
nature straling uit. In de aardstof komen er stoffen met deze atoomsoorten voor.
Deze stoffen noem je radioactieve stoffen. Het zijn voorbeelden van natuurlijke
stralingsbronnen. Een ander voorbeeld van een natuurlijke stralingsbron is het
heelal, vanuit het heelal komen er geladen en ongeladen deeltjes naar de aarde. Dit
noemen we kosmische straling. Het totaal aan straling dat van natuurlijke
stralingsbronnen komt, heet achtergrondstraling.
