Hoofdstuk 12 Natuurkunde vwo 6
§12.1 Echografie en MRI
Echografie
Echografie is een techniek die binnen en buiten de geneeskunde veel toepassingen
heeft. Een verloskundige gebruikt een transducer, die geluidsgolven met frequenties
tussen 1 MHz en 10 MHz uitzendt. Dit geluid kun je niet horen, het is ultrasoon geluid.
Een baby reflecteert in meer of mindere mate het geluid en de transducer vangt het
weerkaatste geluid weer op. Hoe langer het geluid erover doet om terug te keren naar
de transducer, des te groter is de afstand van de baby tot de transducer. Het beeld dat
op de computer verschijnt, noem je een echo.
Geluidspulsen worden uitgezonden door de transducer, dus geen constant geluid, want
de tijd moet worden gemeten van hoe lang het geluid onderweg is.
Voor geluidsgolven geldt: v = f ⋅ λ
f is de frequentie in Hz
λ is de golflengte in m
v is de snelheid in m/s (lichtsnelheid ook)
Frequentie ligt vast tijdens onderzoek. Echter is de geluidssnelheid afhankelijk van het
soort weefsel (zie Binas tabel 15A).
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere gaat, reflecteert een deel van
de golf. Is het verschil in geluidssnelheid groot, dan is er veel reflectie. Omdat de
geluidssnelheid in bot veel groter is dan in ander materiaal, kun je op een echo botten
goed onderscheiden van omliggende weefsels.
Elektromagnetische golven
Andere onderzoeksmethoden maken gebruik van elektromagnetische golven. Bij MRI
zijn het microgolven (Zie Binas tabel 19B).
Elektromagnetische straling bestaat uit energiepakketjes die fotonen heten. In Binas
tabel 19B zie je dat hoe hoger de frequentie, des te hoger is de energie.
MRI
Een MRI-scan is gebaseerd op de magnetische eigenschappen van waterstofkernen
(soort magneet). In een MRI-scan wordt een sterk magnetisch veld aangelegd. De
, waterstofkernen richten zich dan evenwijdig aan het veld. Mag in de richting van een
magnetisch veld, maar ook in tegengestelde richting.
Kern tegengesteld gericht aan magnetisch veld, dan heeft het meer energie dan een
kern die in dezelfde richting als het magnetisch veld is gericht.
Een waterstofkern kan van de lage energietoestand overgaan in de hoge toestand door
een foton op te nemen. De frequentie waarbij dit gebeurt, noem je de
resonantiefrequentie.
Bevindt een kern zich in de hoge energietoestand, dan gaat de kern na een korte tijd
weer over naar de lage energietoestand door het uitzenden van een foton.
Belangrijkste onderdelen MRI-apparaat:
- 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 de door het lichaam uitgezonden fotonen registreren.
Meestal kan een spoel zowel uitzenden als ontvangen.
Er zijn extra spoelen, gradiëntspoelen, die plaatselijk het reeds aanwezige magnetisch
veld iets veranderen. De fotonfrequentie wordt zo ingesteld dat alleen de kernen die
zich in dat gradiëntveld bevinden een foton kunnen opnemen en even later weer
uitzenden. Zo kun je bepalen uit welk deel van je lichaam een foton afkomstig is.
Hoe lang het duurt voordat een waterstofkern een foton uitzendt, is afhankelijk van het
type weefsel waarin de waterstofkern zich bevindt. Bovendien zijn er niet overal in het
lichaam evenveel waterstofkernen. Door de fotonen in alle richtingen te meten,
berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel aanwezig is.
§12.2 Röntgenfoto en CT-scan
Röntgenfoto
Een röntgenfoto wordt gemaakt doordat een röntgenbron gedurende een korte periode
röntgenstraling uitzendt. Een detector aan de andere kant van het lichaam, registreert
hoeveel straling doorgelaten wordt. Waar veel röntgenstraling doorgelaten is, is de foto
donker. En het is wit, waar veel straling wordt tegengehouden.
Halveringsdikte
De hoeveelheid röntgenstraling die een materiaal tegenhoudt, hangt af van de dikte van
het materiaal. De begin intensiteit noem je 100%. De grafiek die de intensiteit van
§12.1 Echografie en MRI
Echografie
Echografie is een techniek die binnen en buiten de geneeskunde veel toepassingen
heeft. Een verloskundige gebruikt een transducer, die geluidsgolven met frequenties
tussen 1 MHz en 10 MHz uitzendt. Dit geluid kun je niet horen, het is ultrasoon geluid.
Een baby reflecteert in meer of mindere mate het geluid en de transducer vangt het
weerkaatste geluid weer op. Hoe langer het geluid erover doet om terug te keren naar
de transducer, des te groter is de afstand van de baby tot de transducer. Het beeld dat
op de computer verschijnt, noem je een echo.
Geluidspulsen worden uitgezonden door de transducer, dus geen constant geluid, want
de tijd moet worden gemeten van hoe lang het geluid onderweg is.
Voor geluidsgolven geldt: v = f ⋅ λ
f is de frequentie in Hz
λ is de golflengte in m
v is de snelheid in m/s (lichtsnelheid ook)
Frequentie ligt vast tijdens onderzoek. Echter is de geluidssnelheid afhankelijk van het
soort weefsel (zie Binas tabel 15A).
Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere gaat, reflecteert een deel van
de golf. Is het verschil in geluidssnelheid groot, dan is er veel reflectie. Omdat de
geluidssnelheid in bot veel groter is dan in ander materiaal, kun je op een echo botten
goed onderscheiden van omliggende weefsels.
Elektromagnetische golven
Andere onderzoeksmethoden maken gebruik van elektromagnetische golven. Bij MRI
zijn het microgolven (Zie Binas tabel 19B).
Elektromagnetische straling bestaat uit energiepakketjes die fotonen heten. In Binas
tabel 19B zie je dat hoe hoger de frequentie, des te hoger is de energie.
MRI
Een MRI-scan is gebaseerd op de magnetische eigenschappen van waterstofkernen
(soort magneet). In een MRI-scan wordt een sterk magnetisch veld aangelegd. De
, waterstofkernen richten zich dan evenwijdig aan het veld. Mag in de richting van een
magnetisch veld, maar ook in tegengestelde richting.
Kern tegengesteld gericht aan magnetisch veld, dan heeft het meer energie dan een
kern die in dezelfde richting als het magnetisch veld is gericht.
Een waterstofkern kan van de lage energietoestand overgaan in de hoge toestand door
een foton op te nemen. De frequentie waarbij dit gebeurt, noem je de
resonantiefrequentie.
Bevindt een kern zich in de hoge energietoestand, dan gaat de kern na een korte tijd
weer over naar de lage energietoestand door het uitzenden van een foton.
Belangrijkste onderdelen MRI-apparaat:
- 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 de door het lichaam uitgezonden fotonen registreren.
Meestal kan een spoel zowel uitzenden als ontvangen.
Er zijn extra spoelen, gradiëntspoelen, die plaatselijk het reeds aanwezige magnetisch
veld iets veranderen. De fotonfrequentie wordt zo ingesteld dat alleen de kernen die
zich in dat gradiëntveld bevinden een foton kunnen opnemen en even later weer
uitzenden. Zo kun je bepalen uit welk deel van je lichaam een foton afkomstig is.
Hoe lang het duurt voordat een waterstofkern een foton uitzendt, is afhankelijk van het
type weefsel waarin de waterstofkern zich bevindt. Bovendien zijn er niet overal in het
lichaam evenveel waterstofkernen. Door de fotonen in alle richtingen te meten,
berekent een computer waar in het lichaam welk soort weefsel aanwezig is.
§12.2 Röntgenfoto en CT-scan
Röntgenfoto
Een röntgenfoto wordt gemaakt doordat een röntgenbron gedurende een korte periode
röntgenstraling uitzendt. Een detector aan de andere kant van het lichaam, registreert
hoeveel straling doorgelaten wordt. Waar veel röntgenstraling doorgelaten is, is de foto
donker. En het is wit, waar veel straling wordt tegengehouden.
Halveringsdikte
De hoeveelheid röntgenstraling die een materiaal tegenhoudt, hangt af van de dikte van
het materiaal. De begin intensiteit noem je 100%. De grafiek die de intensiteit van
