Samenvatting Natuurkunde 6VWO
Hoofdstuk 12 Medische beeldvorming
Samenvatting Natuurkunde
12.1 Echografie en MRI
Medische beeldvorming
Zichtbaar licht en röntgenstraling zijn voorbeelden van elektromagnetische golven.
Echografie maakt gebruik van geluidsgolven. Deze dringen wel door in het lichaam, maar
behoren niet tot de elektromagnetische golven. Een ander voorbeeld zijn microgolven
(MRI).
Binas 19B, fotonen van radiostraling hebben weinig energie, de fotonen van ultraviolette,
röntgen- en gammastraling hebben veel energie. Röntgen- en gammastraling zijn gevaarlijk:
het zijn vormen van ioniserende straling. Hun fotonen hebben genoeg energie om
elektronen uit atomen weg te slaan → deeltjes met andere eigenschappen ontstaan (kan
gevaarlijk zijn).
Echografie
Bij echografie wordt er gebruik gemaakt van geluidsgolven met frequenties tussen 1 MHz en
10 MHz. Deze kunnen we niet horen: ultrasoon geluid.
Een transducer zendt korte geluidspulsen uit. Het weefsel reflecteert een deel van elke puls
en de transducer vangt de weerkaatste puls weer op. De transducer zendt pas een nieuwe
puls uit nadat de vorige teruggekaatste puls in zijn geheel is ontvangen. Hoe groter de
afstand van het weefsel tot de transducer, des te langer doet het geluid erover om terug te
keren naar de transducer.
De frequentie van de geluidsgolf is constant. De snelheid van het geluid hangt af van het
soort weefsel waar het geluid doorheen gaat (Binas 15A). Als een geluidsgolf van het ene
medium naar het andere overgaat, reflecteert een deel van de golf. Verschil in
geluidssnelheid groot → veel reflectie.
Geluidssnelheid in bot is veel groter dan in andere weefsels. Geluidsgolven dringen daardoor
nauwelijks door in bot. Dit is hetzelfde bij lucht → er wordt een gel gebruikt om te
voorkomen dat tussen het lichaam en de transducer luchtbellen ontstaan die het geluid
reflecteren en het echobeeld verstoren.
Voordelen: Nadelen:
- Eenvoudige en goedkope techniek; - Niet voor elk onderzoek geschikt;
- Onschadelijk - Niet heel scherp beeld
, MRI
Bij een MRI-scan brengt het scanapparaat de verdeling van de waterstofatomen in het
lichaam in beeld. Deze techniek maakt gebruik van het feit dat waterstofkernen kleine
magneetjes zijn. In een MRI-apparaat wordt de richting van de magneetjes veranderd,
waardoor je kunt bepalen waar zich waterstofatomen bevinden.
1.) Een elektromagneet zorgt voor een sterk magnetisch veld in de tunnel. De
magnetische waterstofkernen die zich hierin bevinden, gaan zich richten.
- Richting van het veld: de grondtoestand;
- Richting tegengesteld aan het veld: de aangeslagen toestand
De meeste kernen gaan in de richting van het veld staan → meer energie nodig om
de kernen in de tegengestelde richting te zetten.
2.) De magneetjes moeten in de aangeslagen toestand komen. Er zijn hiervoor extra
elektromagneten, gradiëntspoelen, die ervoor zorgen dat de grootte van het
magnetisch veld niet overal in de tunnel gelijk is. Hoe groter het magnetisch veld, hoe
meer energie het kost om de waterstofkernen aan te slaan.
3.) Een spoel zendt korte tijd radiogolven uit. Als een foton van deze straling precies
genoeg energie heeft, kan een waterstofkern in de aangeslagen toestand komen.
Deze valt korte tijd later weer terug naar de grondtoestand → richting keert dus weer
om. Dan kan opnieuw een foton worden opgenomen. Dit noem je het resoneren van
waterstofkernen.
4.) Alleen in delen van het lichaam waar het magnetisch veld precies de juiste sterkte
heeft, gaan waterstofkernen resoneren:
- Hoeveelheid energie hangt af van de sterkte van het magnetisch veld;
- Hoelang het duurt voordat een waterstofkern terugkeert in de grondtoestand hangt
af van het type weefsel waarin de waterstofkern zich bevindt.
Het resoneren van waterstofkernen zorgt voor radiostraling. Door deze straling in alle
richtingen te meten, berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel
aanwezig is.
Hoofdstuk 12 Medische beeldvorming
Samenvatting Natuurkunde
12.1 Echografie en MRI
Medische beeldvorming
Zichtbaar licht en röntgenstraling zijn voorbeelden van elektromagnetische golven.
Echografie maakt gebruik van geluidsgolven. Deze dringen wel door in het lichaam, maar
behoren niet tot de elektromagnetische golven. Een ander voorbeeld zijn microgolven
(MRI).
Binas 19B, fotonen van radiostraling hebben weinig energie, de fotonen van ultraviolette,
röntgen- en gammastraling hebben veel energie. Röntgen- en gammastraling zijn gevaarlijk:
het zijn vormen van ioniserende straling. Hun fotonen hebben genoeg energie om
elektronen uit atomen weg te slaan → deeltjes met andere eigenschappen ontstaan (kan
gevaarlijk zijn).
Echografie
Bij echografie wordt er gebruik gemaakt van geluidsgolven met frequenties tussen 1 MHz en
10 MHz. Deze kunnen we niet horen: ultrasoon geluid.
Een transducer zendt korte geluidspulsen uit. Het weefsel reflecteert een deel van elke puls
en de transducer vangt de weerkaatste puls weer op. De transducer zendt pas een nieuwe
puls uit nadat de vorige teruggekaatste puls in zijn geheel is ontvangen. Hoe groter de
afstand van het weefsel tot de transducer, des te langer doet het geluid erover om terug te
keren naar de transducer.
De frequentie van de geluidsgolf is constant. De snelheid van het geluid hangt af van het
soort weefsel waar het geluid doorheen gaat (Binas 15A). Als een geluidsgolf van het ene
medium naar het andere overgaat, reflecteert een deel van de golf. Verschil in
geluidssnelheid groot → veel reflectie.
Geluidssnelheid in bot is veel groter dan in andere weefsels. Geluidsgolven dringen daardoor
nauwelijks door in bot. Dit is hetzelfde bij lucht → er wordt een gel gebruikt om te
voorkomen dat tussen het lichaam en de transducer luchtbellen ontstaan die het geluid
reflecteren en het echobeeld verstoren.
Voordelen: Nadelen:
- Eenvoudige en goedkope techniek; - Niet voor elk onderzoek geschikt;
- Onschadelijk - Niet heel scherp beeld
, MRI
Bij een MRI-scan brengt het scanapparaat de verdeling van de waterstofatomen in het
lichaam in beeld. Deze techniek maakt gebruik van het feit dat waterstofkernen kleine
magneetjes zijn. In een MRI-apparaat wordt de richting van de magneetjes veranderd,
waardoor je kunt bepalen waar zich waterstofatomen bevinden.
1.) Een elektromagneet zorgt voor een sterk magnetisch veld in de tunnel. De
magnetische waterstofkernen die zich hierin bevinden, gaan zich richten.
- Richting van het veld: de grondtoestand;
- Richting tegengesteld aan het veld: de aangeslagen toestand
De meeste kernen gaan in de richting van het veld staan → meer energie nodig om
de kernen in de tegengestelde richting te zetten.
2.) De magneetjes moeten in de aangeslagen toestand komen. Er zijn hiervoor extra
elektromagneten, gradiëntspoelen, die ervoor zorgen dat de grootte van het
magnetisch veld niet overal in de tunnel gelijk is. Hoe groter het magnetisch veld, hoe
meer energie het kost om de waterstofkernen aan te slaan.
3.) Een spoel zendt korte tijd radiogolven uit. Als een foton van deze straling precies
genoeg energie heeft, kan een waterstofkern in de aangeslagen toestand komen.
Deze valt korte tijd later weer terug naar de grondtoestand → richting keert dus weer
om. Dan kan opnieuw een foton worden opgenomen. Dit noem je het resoneren van
waterstofkernen.
4.) Alleen in delen van het lichaam waar het magnetisch veld precies de juiste sterkte
heeft, gaan waterstofkernen resoneren:
- Hoeveelheid energie hangt af van de sterkte van het magnetisch veld;
- Hoelang het duurt voordat een waterstofkern terugkeert in de grondtoestand hangt
af van het type weefsel waarin de waterstofkern zich bevindt.
Het resoneren van waterstofkernen zorgt voor radiostraling. Door deze straling in alle
richtingen te meten, berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel
aanwezig is.
