Stevin 2016 - vwo - 09 Kijken in het lichaam

 

Embed or link this publication

Description

Stevin 2016 - vwo - 09 Kijken in het lichaam

Popular Pages


p. 1

9 Kijken in het lichaam Deze foto is een deel van een serie waarbij een verdoofde tijgerpython een rat verteert. Dat duurde 132 uur. De opnamen zijn bijzonder omdat zowel botten als organen zichtbaar zijn. Het hartvolume van de slang blijkt met 25% toe te nemen, de galblaas te krimpen en het darmkanaal juist uit te zetten. Hoe kwam de opname tot stand? Nie tv oo r ge b rui ko ps ch oo l

[close]

p. 2

172 9 Kijken in het lichaam 9.1 Van mes naar beeldscherm Als een arts vroeger in het lichaam van een patiënt wilde kijken, moest hij eerst een opening maken met een mes. Tegenwoordig kan het lichaam op allerlei wijzen van binnen worden bestudeerd zonder erin te snijden. (Lees) Echogrammen Een echo ontstaat als geluid wordt uitgezonden en na weerkaatsing (bijvoorbeeld tegen de bodem van een echoput) weer wordt ontvangen. De diepte van de echoput bij Amersfoort bijvoorbeeld is met de geluidssnelheid (≈ 340 m/s) en de tijd tussen het uitzenden en het ontvangen (0,33 s) te berekenen: diepte = ½·340·0,33 = 56 m. Die ½ is nodig omdat het geluid heen en weer gaat. Echo’s worden in het ziekenhuis veel gebruikt; bij zwangere vrouwen en bij onderzoek van organen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van hoogfrequente geluidsgolven tussen de 1 en 10 MHz. Dit ultrasone geluid is onhoorbaar voor de mens en wordt ultrageluid genoemd. Op dit echogram van een foetus zie je de teentjes. ge b Met photoshop-achtige software kan het contrast verbeterd worden. Ook worden contraststoffen gebruikt, zoals bariumpap bij darmonderzoek en vloeistoffen met jodium bij het zoeken naar nierstenen. Microgasbelletjes (SF6) in het bloed zorgen gedurende een paar minuten voor een beter contrast. Ze ontstaan in een injectievloeistof door Nie tv oo r Ultrageluid wordt het lichaam in gezonden via een zender/ontvanger (transducer). De zender geeft een zeer korte geluidspuls en werkt direct daarna ook als ontvanger van de echo. Dat signaal wordt naar een computer gestuurd. Uit het tijdsverschil tussen uitzenden en ontvangen berekent die de ‘diepte’ van het grensvlak waartegen het geluid weerkaatst is. Op een beeldscherm is daarna het echogram van het onderzochte orgaan te zien. rui De transducer ko ps ch oo l een speciaal poeder op te lossen in een zoutoplossing en die heftig te schudden. Om het ultrageluid goed te kunnen uitzenden en ontvangen, wordt gel tussen transducer en huid aangebracht. Zonder die gel zou het ultrageluid volledig weerkaatsen tegen de huid. Om een optimaal echogram te krijgen moet het geluid uit de transducer loodrecht invallen. Het weerkaatste signaal komt dan langs dezelfde weg terug. Een geluidsbundel weerkaatst en breekt net als een lichtbundel. Dus ook voor geluid gelden de spiegelwet en de brekingswet van Snellius. In het lichaam is de breking van ultrageluid echter gering omdat het verschil in geluidssnelheid tussen de meeste organen en weefsels klein is. In de praktijk wordt gerekend met 1540 m/s. Het onderzoek is pijnloos en ongevaarlijk. Rechts staat een echogram van een hart. Een essentieel onderdeel in de echografie is de transducer. Dit is een piëzo-elektrisch kristal dat uitzet en krimpt als er een wisselspanning op wordt aangesloten. Dat veroorzaakt het ultrageluid. Omgekeerd maakt het piëzo-elektrisch kristal zelf een spanning als het wordt samengeperst of uitgerekt. Als de echo bij de transducer aankomt, zorgt de geluidstrilling dus voor een spanning die door de computer verwerkt wordt tot een beeld.

[close]

p. 3

Echografie De stroomsnelheid van bloed Nierstenen vergruizen Voor vbloed moet je de component van de snelheid nemen in de richting van de transducer. Nie tv oo r De bloedlichaampjes vangen de golven eerst op (bewegende waarnemer) en zenden ze daarna weer terug (bewegende bron). Het dopplereffect treedt dus twee keer op. Bij kleine snelheden geldt voor het verschil in frequentie Δf tussen de gereflecteerde frequentie en de frequentie van de bron fbron: v f  2  v bloed  f bron geluid ge b rui Ultrageluid wordt niet alleen gebruikt om in het lichaam te kijken, maar ook om de stroomsnelheid van het bloed te meten. Dat gaat op dezelfde manier als bij de radarcontrole in het verkeer. Een naderende auto kaatst de radargolven met een iets hogere frequentie terug: het dopplereffect. (Zie ook p. 137.) Het dopplereffect is goed hoorbaar als je op tv een formule-1-wedstrijd volgt. De toon die je hoort bij het naderen van de raceauto is hoger dan bij het verwijderen. Dit komt doordat de geluidsgolven die de motor uitzendt bij het naderen iets in elkaar worden gedrukt (kortere golflengte, dus hogere frequentie en hogere toon) en bij het verwijderen iets worden opgerekt (langere golflengte, dus lagere frequentie en lagere toon). Als de geluidsbron stilstaat en jij beweegt in de richting van de bron, hoor je het dopplereffect ook. In dat geval passeert je oor de verdichtingen en verdunningen in een hoger tempo. Bij het radarpistool is de snelheid van de golven gelijk aan de lichtsnelheid c = 3,00108 m/s. Bij een meting aan de snelheid van het bloed wordt ultrageluid gebruikt en bewegen de golven met de geluidssnelheid (1540 m/s). De geluidsgolf weerkaatst tegen bloeddeeltjes. Met een echogram of een röntgenfoto kan worden vastgesteld of er een niersteen in de urineleider zit. Bij de behandeling van deze pijnlijke situatie kan de uroloog geluidsgolven benutten, dan hoeft het lichaam niet te worden opengesneden. In zo’n niersteenvergruizer wordt met schokgolven van geluid energie opgewekt. De schokgolf ontstaat in één punt in het apparaat en wordt daarna in één punt in het lichaam geconcentreerd: precies op de plek van de niersteen. De steen valt uiteen in zeer kleine stukjes gruis die daarna worden uitgeplast. Vroeger was voor goede geleiding van de schokgolf van de bron naar het lichaam een waterbad nodig waarin de patiënt ging zitten. Tegenwoordig wordt gebruik gemaakt van een met water gevuld kussen. De schokgolf wordt gefocusseerd met een ellips; die heeft twee brandpunten F1 en F2. De schokgolf wordt gemaakt in F1, reflecteert tegen de wanden en komt weer samen in F2. Dat is de plaats waar de niersteen zich bevindt. In Doen is te zien hoe je zelf ellipsen kunt tekenen. In een ellipsvormige schaal met een laagje water kun je het terugkaatsen nabootsen door in F1 druppels water te laten vallen. ko ps ch oo l 173

[close]

p. 4

174 9 Kijken in het lichaam Röntgenfoto’s Van alle negentiende-eeuwse uitvindingen was die van het röntgenapparaat zonder twijfel de meest futuristische. Röntgen deed rond 1895 onderzoek aan de elektronenbuis. In zo’n buis botst een bundel elektronen op een stuk metaal. Ondanks de kartonnen afscherming van de buis zag Röntgen een scherm oplichten dat in de buurt van de elektronenbuis stond. Bij een herhaling van de proef was het lichtverschijnsel opnieuw te zien. Vanaf dat moment onderzocht Röntgen de eigenschappen van deze nieuwe straling systematisch. Hij noemde die X-straling, naar de onbekende in de wiskunde. In Engels sprekende landen wordt röntgenstraling nog steeds zo genoemd. Het bleek om elektromagnetische golven te gaan die zich dus voortplanten met de lichtsnelheid c. Röntgenstraling ontstaat als elektronen, afkomstig van de kathode K, versneld worden in de richting van de anode A (ook een metaal) en daar met zeer hoge snelheid tegenaan botsen. De elektronen worden in het metaal afgeremd en verliezen energie. Behalve dat het metaal daardoor flink heet wordt – daarom draait de anode rond – ontstaat daar ook de röntgenstraling. tv oo r  Als röntgenstraling wordt gericht op een patiënt, zie je als beeld een schaduw van de botstructuur. Het was een wonder om opeens in het menselijk lichaam te kunnen kijken, zonder het open te snijden. Röntgen zou door de spectaculaire ontdekking van röntgenstralen wereldberoemd worden, maar hij vroeg nooit patent aan. Begin vorige eeuw werd ontdekt dat fotonen in afgepaste brokjes worden opgenomen (absorptie) en uitgezonden (emissie). De energie van zo’n brokje hangt af van de frequentie: Ef  h f  hc ge b energie van fotonen Zie verder tabel 19B van Binas. Nie rui ko ps ch oo l De halveringsdikte Voorbeeld Loodschorten De halveringsdikte d½ van een materiaal is de dikte waarbij de helft van de stralingsenergie wordt geabsorbeerd. Na één halveringsdikte is dus nog maar de helft van de oorspronkelijke intensiteit I0 van de röntgenstraling overgebleven: I = ½∙I0. Na twee halveringdiktes is nog maar de helft van de helft (I =¼∙I0) overgebleven en is 75% van de straling geabsorbeerd, enz. Zachte weefsels kun je op een röntgenfoto niet zien, want röntgenstraling wordt er nauwelijks door gestopt. Botten absorberen röntgenstraling en die dringt dus niet ver door in bot. Van tabel 28F van Binas is met Excel dit diagram gemaakt (1,0 MeV = 1,610-13 J). Bij ‘hardere’ straling (hogere f en dus ook grotere energie van de fotonen, Ef = hf ) neemt het doordringend vermogen toe. Bij bot is d½ ongeveer twee keer zo klein als bij water. Botten absorberen dus ongeveer twee keer zoveel straling als zachte weefsels. In het algemeen geldt: hoe groter de halveringsdikte, hoe groter het doordringend vermogen.  Op de Rö-afdeling van een ziekenhuis worden loodschorten gedragen. De verhouding dikte/d½ wordt de beschermingsfactor genoemd. - Hoeveel % van de straling wordt door een loodschort met beschermingsfactor 4 tegengehouden? Oplossing - Na vier keer halveren is 6,25% van de straling over. Het schort houdt 94% tegen.

[close]

p. 5

Röntgenfoto en CT-scan Röntgen Computer Tomografie Een nadeel van een röntgenfoto is dat je bij een afwijking als bijvoorbeeld een tumor, niet kan zien hoe diep die in het lichaam zit. Er kan zelfs een bot voor zitten en dan is de afwijking helemaal niet in beeld. Bij een CT-scan draait de röntgenbron 360 rond de patiënt. Zodoende ontstaat er geen overlapping met andere delen van je lichaam en de breedte- en diepteligging van een tumor kan op millimeters nauwkeurig bepaald worden. De afkorting CT staat voor Computed Tomography: het maken van een dwarsdoorsnede met behulp van de computer. Een nadeel van de CT-scan is de vrij grote dosis straling die de patiënt oploopt. Het dosisequivalent van een scan van het hoofd is 2 mSv, die van de borstkas 10 mSv en die van het bekken 15 mSv. Dit is 10 tot 100 keer zoveel als bij een röntgenfoto. Maar het voordeel van de CT-scan is dat hij veel bruikbaarder is voor een diagnose. Met een ‘CT-scanner’ kan men details zichtbaar maken die op een gewone röntgenfoto niet te zien zijn. In de scanner draait de bron rond en meten honderden detectoren de intensiteit van de doorgelaten straling. Telkens wordt een plak van 1 mm dikte onderzocht. (Het Griekse tomos betekent plak). Door de computer wordt de plak verdeeld in een ‘matrix’ van duizenden hokjes. In iedere richting is bekend hoeveel straling is geabsorbeerd. In deze matrix weten we alleen de gekleurde getallen. De kunst is om hieruit de absorptiegetallen van ieder hokje te reconstrueren: ? ? 8 ? ? 14 10 6 16 12 In dit voorbeeld zouden we uit zes vergelijkingen vier onbekenden kunnen oplossen, maar bij een matrix van 512512 vakjes (of nog meer!) is dat niet te doen. Daarom wordt een truc gebruikt. Kies als eerste gok gelijke getallen zodat de rijen kloppen. 4 4 8 7 7 14 11 11 Maak daarna de kolommen in orde door de afwijkingen gelijkmatig uit te smeren. Herhaal die procedure voor de diagonalen. 4 7 11 −5 2 6 8 4 8 1,5 6,5 8 4 10 14 7 14 4,5 9,5 14   10 6 16 12 11 11 6 16 11 +5 −1 +1 Stel dat de absorptiegetallen van deze 22 matrix 4, 8, 2 en 6 zijn, dan weet je ook de zes totale absorpties die in kleur naast de matrix staan (horizontaal, verticaal en langs de diagonalen). 4 8 12 2 6 8 10 6 14 10 Nie tv oo r ge b rui Uit de gevonden waarden wordt een foto gereconstrueerd waarop bot, vet, spieren, bloedstolsels, ... te zien zijn. Op deze foto is de linker boezem van een hart te zien. Het fotootje rechtsonder geeft aan waar de doorsnede zich in de borstkas bevindt. ko ps ch oo l 175

[close]

p. 6

176 9 Kijken in het lichaam MRI MRI is een afkorting voor Magnetic Resonance Imaging. Toen het verschijnsel van magnetische resonantie werd ontdekt, sprak men van Nuclear Magnetic Resonance, NMR, maar die naam wordt in de medische beeldvorming niet meer gebruikt vanwege het enge woord nuclear (nuclear bomb). Protonen zijn magneten Een MRI-scanner bevat een zeer sterk magneetveld B0 . Dat heeft invloed op de waterstofkernen (protonen), want dat zijn ook kleine magneten omdat ze om hun as draaien. Ons lichaam bevat zeer veel protonen in water (H2O) en vet (CxHyOz). Bij afwezigheid van een magnetisch veld staan die minimagneetjes in alle mogelijke richtingen. Rechts zie je een model van de miljarden protonen in een voxel. Een voxel (volume element) is de ruimtelijke variant van een pixel (een picture element). De voxels waar MRI mee werkt, zijn van de orde van enkele mm3. ge b Precessie om een magneetveld Als er wél een magnetisch veld B0 aanwezig is, merk je het verschil tussen kompasnaaldjes en protonen. Kompasnaaldjes richten zich allemaal volgens een veldlijn, maar protonen voeren een precessiebeweging uit, ze draaien er letterlijk omheen. Ze doen dat ook nog eens in twee voorkeursrichtingen, up en down. Dit is alleen met quantummechanica te begrijpen. De protonen hebben een lichte voorkeur voor een precessie in de up-richting. Daardoor krijgt het voxel een kleine magnetisatie M in de richting van B0 . Hoe sterker B0 is, hoe groter M. Hierna houden we alleen rekening met de nettomagnetisatie M van een voxel. Nie tv oo r rui Beeldvorming Tot zover hebben we het gehad over één voxel van zeg 10 mm3. In een patiënt van 70 kg, dus ongeveer 70 L, bevinden zich 70 miljoen van die voxels. Als die allemaal hetzelfde signaal zouden uitzenden, leverde dat geen plaatje op. De truc die gebruikt wordt, komt hier op neer: geef ieder voxel tijdens het meten zijn eigen magnetische veldsterkte B0 en dus zijn eigen fr. Je weet dan precies waar het signaal vandaan komt. Tijdens het maken van een plaatje ligt de patiënt in een tunnel met het sterke magneetveld langs de z-as in de lengterichting. In MRI-ruimtes mogen zich absoluut geen magnetiseerbare voorwerpen bevinden. Ook mag de patiënt geen ijzer in zijn lichaam hebben. Chirurgisch staal en vanadium mogen wel. Op internet zijn dramatische foto’s te vinden van situaties waarin deze regels zijn genegeerd − soms met rampzalige gevolgen. ko ps ch oo l Kantelen van M De vectoren B0 en M zijn langs de z-as gericht. Bij MRI wordt er voor gezorgd dat M over een hoek van 90 gekanteld wordt door het voxel met een puls van een geschikte radiofrequentie (RF) te bestralen. De frequentie waarbij het lukt om M naar het xy-vlak te kantelen, heet de resonantiefrequentie fr (de R uit MRI). Deze fr hangt af van de sterkte van het B0-veld volgens: fr = γ∙B0. Waterstof heeft van alle atoomsoorten de grootste waarde voor γ: 42,6 MHz /T (megahertz per tesla − de tesla is de eenheid van magnetische veldsterkte). Na het omklappen van M gaat deze vector ronddraaiend om B0 terug naar de oude stand op de z-as. Daarbij wordt straling uitgezonden die opgevangen kan worden door een spoel die loodrecht op de x-as of de y-as staat. Dat signaal wordt gebruikt om plaatjes te maken van het inwendige van een patiënt (de I uit MRI).

[close]

p. 7

MRI Gradiëntvelden Het makkelijkst te begrijpen is de plaatsbepaling langs de z-as, de lengterichting van de tunnel waar de patiënt in ligt. Met spoelen wordt een extra veld in de z-richting aangebracht, het gradiëntveld zodat B bij de voeten wat zwakker is dan B0 en bij het hoofd wat sterker. Als je nu een RF-puls geeft die precies bij de B van de xy-plak hoort, dan worden alleen daar de protonen naar het xy-vak geklapt. Daarna moet je nog wel alle rijen langsgaan en in die rijen alle cellen. (Extra.) Een hersenbloeding is direct na het ontstaan te zien op een MRI-scan, zodat er meteen maatregelen genomen kunnen worden. Bij een CT-scan moet je wat langer wachten om de schade zichtbaar te kunnen maken. Het nadeel van de MRI-scan is natuurlijk wel de lange scantijd. tv oo r Scannen van hart en bloedvaten Bij het scannen van hart en bloedvaten is er het probleem dat die bewegen. Daarom wordt bij het hart getriggerd op de pieken van het cardiogram. Deze foto van de bloedvaten in de hersenen (een angiogram) is gemaakt door 144 plakjes van 0,6 mm dik zó te scannen dat ze vrijwel zwart zijn, maar wit op de plaatsen waar een bloedvat door zo’n plakje prikt. Door al dat wit te combineren, krijg je een angiogram. Nie ge b Het zal duidelijk zijn dat het maken van een complete opname zeer lang kan duren. Al die tijd moet de patiënt stil blijven liggen − en wat erger is: in een oorverdovende herrie. De spoelen van de gradiëntvelden worden namelijk voortdurend in- en uitgeschakeld. Hoewel ze star in een soort hars zijn ingebakken, zijn de krachten groot genoeg om ze te laten trillen. Daarom krijgt de patiënt oordoppen in of een koptelefoon met muziek op. rui Onderscheiden van weefsels We weten nu wat de (x,y,z)-coördinaten zijn van de ontvangen signalen, maar daarmee weten we nog niet of die afkomstig zijn uit tumoren, vet, spieren, botten, ... We gaan niet op de details in, maar het komt hier op neer: voor elk type weefsel is er na het geven van de RF-puls een slim moment om het opvangen van het signaal te starten. Men kan bijvoorbeeld kiezen om gebieden met veel vocht (tumoren) in beeld te brengen. Of men kiest voor spieren, vet, gewrichten, .... Links is vocht grijs. Die instelling wordt gebruikt om banden, pezen en kraakbeen in beeld te brengen. Op de twee plaatjes in het midden is vocht in het hoofd donker; daar gaat het vooral om de anatomie. Rechts is het vocht wit. Met die instelling spoort men tumoren of andere ziektebeelden op. Het wit rondom is vetweefsel. Uitleg De python De onderzoekers Henrik Lauridsen en Kasper Hansen van de universiteit van Aarhus, combineerden CT-opnamen voor het harde materiaal (botten) met MRI-opnamen voor de zachte weefsels (organen). De CT-opnamen kostten aan tijd minder dan een minuut, de MRI-opnamen verscheidene uren. Met aangepaste software maakten ze een overlap. ko ps ch oo l 177

[close]

p. 8

178 9 Kijken in het lichaam Positron-Emissie-Tomografie Ook bij een PET-scan (Positron-Emissie-Tomografie) worden organen in plakjes bekeken. Hier wordt niet van buiten bestraald, maar wordt een positronstraler verwerkt in een molecuul dat zich goed hecht aan het orgaan dat men wil bekijken. Op die manier zal zoveel mogelijke straling vanaf de juiste plek in het lichaam vertrekken. Een positron is het antideeltje van het elektron. + We noteren een positron als 0 1 e of als β . Als een positron een ‘gewoon’ elektron ontmoet, verdwijnen ze beide: annihilatie. Hierbij wordt de volledige massa van beide deeltjes omgezet in energie. Die energie komt vrij in de vorm van twee gammafotonen van ieder 511 keV die in tegengestelde richting uitgezonden worden. De meest gebruikte PET-isotopen zijn: 18F, 11C, 15 O en 13N. Deze isotopen hebben gemeen dat ze een korte halveringstijd hebben, zodat de radioactiviteit na korte tijd weer weg is en de stralingsbelasting voor de patiënt niet te groot is. Vanwege de korte halveringstijd beschikt het ziekenhuis over een cyclotron zodat de juiste hoeveelheid radioactieve stof ter plaatse gemaakt kan worden. tv oo r ge b De computer krijgt de richting van zo’n tweetal alleen door als de detectoren D tegelijk getroffen worden. Uit het snijpunt van twee of meer richtingen van verschillende γ-paren volgt de plaats van ontstaan. In de figuur hieronder wordt gezocht naar een tumor in de hersenen. PET wordt vooral gebruikt voor aandoeningen waarbij de ziekte de activiteiten in de cel beïnvloedt. Dit is bijvoorbeeld het geval bij veel vormen van kanker en bij de ziekte van Alzheimer. Nie rui ko ps ch oo l SPECT Een aan de PET verwante techniek is de SPECTscan, (Single Photon Emission Computed Tomography). Bij hartpatiënten bijvoorbeeld wordt de γ-straler technetium ingespoten. De γ’s die binnenin de patiënt worden afgegeven, gaan eerst door 40 000 kanaaltjes in lood. De γ’s die scheef invallen, komen niet door het lood heen zodat precies bekend is waar de straling vandaan komt. Daarna treffen ze een kristal en produceren daar lichtflitsen (scintillaties) die geregistreerd worden door enige tientallen fotobuizen. De fotobuizen zijn aangesloten op een computer die berekent waar de γ’s op het kristal kwamen. Tijdens het onderzoek draait de detector rond de patiënt, zodat vanuit verschillende richtingen opnames gemaakt worden. Al die opnames worden door de computer samengesteld tot driedimensionale beelden van het hart. Om de opname weer te geven, worden deze beelden in tien à twaalf doorsnedes opgedeeld. Uiteindelijk produceert de computer zulke beelden van het hart in rust en na inspanning:

[close]

p. 9

PET, SPECT en overzicht Overzicht In tabel 29 van Binas staat een overzicht van de technieken voor medische beeldvorming. Deze tabel mag je gebruiken bij het examen, dus dat scheelt een hoop leerwerk. Bekijk de tabel goed en bespreek met je leraar de medische termen zoals mammografie, thorax, katheterisatie zodat je niet voor verrassingen komt te staan. Met 4D wordt bedoeld dat je filmpjes kunt maken. Echografie Met echo’s van ultrageluid wordt een beeld gemaakt van organen en structuren in het lichaam, zoals hart, bloedvaten, nieren, lever. Bij zwangerschap wordt de foetus bekeken. Met doppler erbij wordt de snelheid van bloed bepaald. Details: een paar mm bij voldoende contrast. Contrastmiddelen bevatten microgasbelletjes. Voordeel: geen stralingsbelasting en er hoeft vaak niets het lichaam in. Nadeel: het beeld is vaag en grijs. MRI De MRI-scanner gebruikt een sterke magneet en radiogolven en meet de concentratie van protonen in organen en structuren. MRI-beelden zijn erg nuttig bij het bekijken van hersenen, tumoren, gewrichten en de ruggengraat. Met magnetiseerbare metalen of een pacemaker mag je de MRI-scanner niet in. Zwangere vrouwen uit voorzorg ook niet. Rollators en karretjes mogen de kamer waar de scanner staat niet in: Details: tot 1 à 2 mm. Voordeel: de stralingsbelasting is erg laag en de foto kost weinig tijd. Nadeel: het beeld is vaag en grijs. CT tv oo r Het röntgenapparaat draait nu om de patiënt heen zodat dwarsdoorsneden en 3D-beelden gemaakt kunnen worden. Soms is contrastvloeistof nodig, zoals bij een hartfoto. De CT-scan wordt gebruikt bij gebroken botten, bloedproppen, hartfalen en interne bloedingen. CT is goed te gebruiken in combinatie met andere technieken zoals SPECT en PET (bij darmkanker). Details: tot 0,4 mm. Voordeel: scherpe 3D-afbeeldingen en korte meettijd (5 min). Nadeel: de stralingsbelasting kan hoog zijn. Nie ge b Röntgen Bekend zijn röntgenfoto’s van gebroken botten en tanden, maar ook van een longontsteking. Bij een mammogram is men op zoek naar borstkanker. rui PET en SPECT Details: tot 0,5 mm. Voordeel: pijnloos en scherpe afbeeldingen. Nadeel: lang stilliggen met veel herrie in een nauwe tunnel (claustrofobie). Hoge kosten (twee keer zoveel als CT). Voordat je deze scanners ingaat, wordt een radioactieve stof toegediend (injectie, inademen of opdrinken). Met een gammacamera wordt nagegaan waar de radioactiviteit zich ophoopt. Ook is te zien hoe hart en longen werken. PET en SPECT worden o.a. ingezet bij onderzoek naar blessures, infecties, ontstekingen en kanker. De SPECT-techniek staat in tabel 29 op de onderste rij bij gammacamera. Het ruimtelijk oplossend vermogen van SPECT is minder goed dan van PET. Het voordeel is, dat je geen cyclotron in de buurt nodig hebt en dat er meer tracers beschikbaar zijn. Details: bij PET tot 1 à 2 mm3; bij SPECT tot 5 mm3. Voordeel: waarnemen van groeiprocessen, b.v. bij prostaat- en borstkanker. Nadeel: stralingsbelasting. ko ps ch oo l 179

[close]

p. 10

180 9 Kijken in het lichaam Opgaven hoofdstuk 9 1 a Wanneer noem je geluid infrageluid? 5 b Wanneer noem je geluid ultrageluid? c Hoeveel keer groter is de geluidssnelheid in lichaamsweefsel in vergelijking met de geluidssnelheid in lucht? 2 a Beschrijf kort op welk natuurkundig principe 3 4 ge b Ultrageluid, uitgezonden door de transducer, dringt vanuit de lucht het lichaam in. - Verandert de: a1 geluidssnelheid; a2 frequentie van het geluid; a3 golflengte van het geluid? De stroomsnelheid van het bloed in een halsslagader wordt bepaald met ultrageluid van 2,0 MHz. De meetpen die de golven uitzendt en weer opvangt, maakt een hoek van 50 met de slagader die het bloed naar het hoofd brengt. a Verklaar de factor 2 in de formule voor het dopplereffect. b Is de terugkerende toon hoger of lager dan 2,0 MHz? c Bereken de stroomsnelheid als de golflengte verschuift met 0,012%. Nie tv oo r rui 6 echografie is gebaseerd. b Waarom wordt gel op de huid van de patiënt gesmeerd? c Op welk natuurkundig principe is de werking van de transducer gebaseerd? ►Een echo van het hart is soms overstraald omdat de longen vlak voor het hart zitten. d Waarom is de reflectie in dat geval zo groot? ►Bij buikonderzoek moet je met een gevulde blaas verschijnen en is het verplicht 1,5 uur van te voren een liter bronwater te drinken. e Is dat met of zonder prik? ko ps ch oo l De dikte van een bepaald orgaan is 4,0 cm. Het orgaan is voor de eenvoud weergegeven als een rechthoek. De snelheid van het geluid in het lichaam is 1540 m/s. Het geluid weerkaatst tegen de voor- en achterkant van het orgaan en zo ontstaan twee echo’s. a1 Hoeveel cm legt echo 2 meer af dan echo 1? a2 Bereken het tijdsverschil tussen het ontvangen van echo 1 en echo 2. b Geef een reden waarom echo’s van dieper liggende organen zwakker zijn. ►Bij het maken van een echo wordt de transducer tegen de buik van de moeder geplaatst. De afstand tussen buikwand en kind is 12 cm. De golven worden in pulsen met een duur van 110 µs uitgezonden. Zodra de transducer het einde van de teruggekaatste puls heeft ontvangen, wordt de volgende puls weggestuurd. c Bereken de frequentie waarmee de pulsen worden uitgezonden. Een duidelijke echo treedt op als de golflengte kleiner is dan de afmetingen van het weerkaatsende oppervlak. Dolfijnen nemen voorwerpen waar door korte geluidspulsen van 2·105 Hz uit te zenden. a Bereken de grootte van het kleinste voorwerp dat dolfijnen onder water kunnen waarnemen. ►Meteorologen volgen met radargolven regenen hagelbuien (radar is geen geluid, maar een elektromagnetische golf). Tijdens een noodweer in 1998 vielen in Zuid-Holland hagelstenen met een diameter van 15 cm. b Bereken de minimale frequentie van de radargolven als zo’n hagelsteen een duidelijke echo moet veroorzaken.

[close]

p. 11

Opgaven hoofdstuk 9 7 Bij een snelheidsmeting is de golflengte van de uitgezonden radargolven 9,0 mm. a Bereken de frequentie van de radargolven. ►De teruggekaatste radargolven hebben een veel kleinere amplitudo en een iets kleinere golflengte dan de uitgezonden radargolven. b Geef de oorzaak voor beide veranderingen. ►Het frequentieverschil tussen de uitgezonden radargolf en de ontvangen golf is 5,6 kHz. c Bereken de snelheid van de naderende auto in km/h. Deze dwarsdoorsnede van een bovenarm toont zacht weefsel en een bot. Het zachte weefsel heeft dezelfde halveringsdikte als water. Twee röntgen-bundels A en B (ieder 1,0 MeV) bestralen de arm. De intensiteit van de straling boven de arm stellen we op 100%. 10 8 Bij het maken van röntgenfoto’s dragen de medewerkers een loodschort. Het lood daarin is 0,55 mm dik; de energie van de röntgenstraling is 0,10 MeV. a Bereken hoeveel procent van de straling door het schort wordt tegengehouden (gebruik tabel 28F). ►Een medewerker wordt per ongeluk gedurende 25 seconden blootgesteld aan deze straling. Het vermogen van de röntgenstraling is 0,15 μW. Van deze straling wordt 73% geabsorbeerd door 12 kg spiermassa. b Bereken de stralingsdosis. Een tandarts richt gedurende 2,0 s een bundel röntgenstraling met een vermogen van 2,310−5 W op de kaak van een patiënt. De kaak absorbeert daarvan 60% in een gedeelte met massa 30 g en ontvangt hierdoor een zeker dosisequivalent H aan straling. a1 Zoek in tabel 35 van Binas de formule op waarmee je H kunt berekenen. a2 Wat stellen de grootheden in deze formule voor? En wat zijn hun eenheden? ►Voor röntgenstraling is de weegfactor gelijk aan 1. b1 Bereken het dosisequivalent H dat dit stukje kaak heeft ontvangen. b2 Vergelijk je uitkomst met de stralingsbeschermingsnormen in tabel 27D van Binas en reken uit hoeveel van dit soort foto’s je per jaar mag laten maken. ►De röntgenstraling van dit apparaat bevat vooral fotonen met een energie van 50 keV. c Bereken de frequentie en de golflengte van deze fotonen. d Bereken hoeveel fotonen door de kaak zijn geabsorbeerd. 11 a b c d 9 a Leg uit waarom lood uitstekend geschikt is om tv oo r bescherming tegen röntgenstraling te bieden. Gebruik in je uitleg de begrippen ‘halveringsdikte’ en ‘doordringend vermogen’. b Bereken voor Rö-fotonen met een energie van 0,10 MeV hoeveel straling door 1,0 mm lood wordt tegengehouden (gebruik tabel 28F). c Bereken de frequentie en golflengte van deze fotonen. Nie ge b ►Bundel A gaat door 10 cm zacht weefsel. Bundel B gaat eerst door 3,0 cm zacht weefsel, dan 3,0 cm bot en dan nog door 4,0 cm zacht weefsel. Hoe zwarter de röntgenfoto onder de arm, hoe meer de foto is belicht. Welke bundel zorgt voor de meeste ‘zwarting’? Bereken de intensiteit in % van bundel A onder de arm (gebruik tabel 28F). Bereken de intensiteit van bundel B vlak boven het bot. Bereken de intensiteit van bundel B op de foto. rui 12 a Wordt bij MRI ioniserende straling gebruikt om een scan te maken? b Waarom krijg je oordoppen in? c Waarom mag een patiënt met een pacemaker de MRI-scanner niet in? d Waarom gebruikt men bij voorkeur protonen in je lichaam om een scan te maken? e Waarom wordt een MRI-systeem altijd omsloten door een kooi van Faraday? ko ps ch oo l 181

[close]

p. 12

182 13 9 Kijken in het lichaam Een radioloog zei ooit: ‘MRI is tv kijken met een radio’. a Verklaar deze uitspraak. ►Om nog betere beelden te verkrijgen, kun je ook contrastvloeistoffen en/of -gassen toevoegen. Verschillende soorten weefsels zullen hierdoor een ander signaal geven. b Welke eigenschap van de weefsels zal door de contraststof worden veranderd: A de thermische; B de elektrische; C de magnetische? Voor een hersenonderzoek krijgt een patiënt 18 F ingespoten dat gemakkelijk door het bloed wordt opgenomen. 18F vervalt door het uitzenden van positronen (β+-straling). a Geef de vervalreactie van 18 F. ►Om de twee fotonen die bij de annihilatie van het positron ontstaan te registreren, wordt de patiënt met zijn hoofd precies in het midden van de ring van de scanner met detectoren geschoven. (Zie de figuur op p. 178). b Wat is de naam van deze scanner? ►De twee γ-fotonen bereiken de ring met detectoren met een tijdsverschil Δt. Als Δt klein genoeg is, neemt men aan dat de twee fotonen afkomstig zijn van dezelfde annihilatie. c Schat de diameter van een hoofd en bereken de orde van grootte van Δt. Patiënt A moet eerst een radioactieve slok nemen voordat hij de scanner ingaat. a Krijgt A een MRI- of een SPECT-scan? ►Patient B krijgt eerst bariumpap voordat zijn darmen worden gescand. Barium laat röntgenstraling slecht door. b Krijgt B een CT- of een PET-scan? 14 ge b 15 16 De uitslag van een kankeronderzoek lijkt verheugend: er is op de scan niks meer te zien. - Waarom zal de arts de chemokuur of bestraling toch niet meteen stopzetten? tv oo r Nie rui d e f 20 ko ps ch oo l 17 18 Bij de volgende opgaven is Binas tabel 29 nodig. Een vrouw klaagt over ondraaglijke pijn in de rug. De dokter vermoedt dat het om een niersteentje gaat. a Welke techniek heeft de voorkeur als er naar kleine steentjes gezocht wordt: echografie of röntgen? b Gebruikt men ultrasoon geluid of röntgenstralen om het steentje te vergruizen? De buikorganen van een patiënt worden onderzocht. Waarom geeft een echo van de blaas een vaag beeld? Welke techniek geeft een veel scherper beeld? ►Een MRI-scanner is vanwege de lange meettijd en de supergeleidende elektromagneet duurder in gebruik dan een CT-scanner. Welke vloeistof houdt de elektromagneet dag en nacht op −196 C? Met welk apparaat mag iemand met een pacemaker niet worden onderzocht? Noem drie voordelen van de CT voor de patiënt. Noem een voordeel van de MRI voor de patiënt. a b c 19 - Welke techniek zou je gebruiken voor: a1 gebitsonderzoek; a2 foetusonderzoek; a3 snelheidsmeting van bloed? ►Longonderzoek wordt met verschillende technieken gedaan. b Noem er minstens twee. Dit zijn longfoto’s van twee verschillende patiënten. a Welke is de MRI-scan? En welke de röntgenfoto? b Bij welke foto is er ioniserende straling gebruikt? c Leg uit of je met een pen van vanadium in je arm de MRI-scanner in mag.

[close]

Comments

no comments yet