Samenvatting Natuurkunde: H12 Medische beeldvorming; VWO 6; Systematische natuurkunde

NAT H12 MEDISCHE
BEELDVORMING
12.1 ECHOGRAFIE EN MRI


MEDISCHE BEELDVORMING
 Elektromagnetische golven (BINAS 19B): fotonen (met v=c in vacuüm)
- Zichtbaar licht
- Röntgenstraling
- Microgolven: MRI
v
 Hogere frequentie ( f ) = kleinere golflengte ( λ= ) = hogere energie
f
 Lage frequentie ( <zichtbaar licht) = onschadelijk
Hoge frequentie ( >zichtbaar licht) = schadelijk
- Ioniserende straling: hun fotonen hebben genoeg energie om elektronen uit atomen weg te slaan
 ionen




ECHOGRAFIE
 Echografie gebruikt geluidsgolven met frequenties tussen 1 MHz – 10 MHz (ultrasoon geluid) om
beeld te vormen:
1. Een transducer zendt korte geluidspulsen uit met een constante frequentie
2. Het lichaam van de foetus reflecteert een deel van elke puls en de transducer vangt die op:
hoe groter de afstand hoe langer het duurt voordat de puls terug is
3. De transducer zendt pas een nieuwe puls uit als de vorige is ontvangen
4. Computer berekent het beeld met de gegevens
 BINAS 15A: geluidssnelheid in weefsel is veel groter dan in lucht & golflengte is dus veel groter:
- Als een geluidsgolf van het ene medium naar het andere overgaat reflecteert een deel van de golf:
groter verschil in geluidssnelheid  veel reflectie
- Bij overgang naar lucht veel reflectie: gel gebruikt om reflectie tegen te werken


MRI
 MRI-scan brengt de verdeling van waterstofatomen in het lichaam in beeld:
Waterstofkernen zijn kleine magneetjes & in MRI-apparaat wordt hun richting verandert, waardoor je
kan bepalen waar de waterstofatomen zich bevinden

,  MRI-scan wordt gemaakt in 4 stappen
1. Een grote elektromagneet zorgt voor een sterk magnetisch veld in de tunnel:
Meeste waterstofkernen richten zich in richting van het magnetisch veld: grondtoestand, want dat
kost minder energie dan de tegengestelde richting (aangeslagen toestand); voor MRI: aangeslagen
toestand nodig
2. Gradiëntenspoelen zorgen ervoor dat het magnetisch veld niet
overal in de tunnel gelijk is: zodat atomen in bepaalde weefsel
naar aangeslagen toestand gaan. Hoe groter het magnetisch veld:
hoe meer energie het kost om de waterstofkernen aan te slaan.
3. Een spoel zendt radiogolven uit (100-1000 MHz): als een foton
precies genoeg energie heeft, kan een H-kern in de aangeslagen
toestand komen. Na een korte tijd valt de aangeslagen toestand
terug naar de grondtoestand: het kan dan weer een foton
opnemen. Dit heet resoneren van waterstofkernen.
- Waterstofkernen resoneren alleen als het magnetisch veld de
juiste sterkte heeft
- Tijd die het duurt om van aangeslagen-  grondtoestand te gaan
hangt af van het type weefsel
4. Het resoneren van waterstofkernen zorgt voor radiostraling dat in
alle richtingen wordt gemeten: computer berekent gegevens.

12.2 RÖNTGENFOTOGRAFIE EN CT-SCAN


RÖNTGENFOTO
 Bij een röntgenfoto zendt een röntgenbron gedurende een korte periode röntgenstraling uit die op
het lichaam valt: een detector aan de andere kant regristreet hoeveel straling het lichaam heeft
gepasseerd:
- Veel röntgenstraling doorgelaten: foto donker
- Weinig röntgenstraling doorgelaten: foto wit


HALVERINGSDIKTE
 Hoeveel röntgenstraling wordt tegengehouden ligt aan
materiaal en dikte
 Doorlatingskromme toont de intensiteit van de doorgelaten
straling als functie van de dikte van het materiaal (y= intensiteit
in %, x = dikte)
 Halveringsdikte: de dikte waarbij 50% van de straling wordt
tegengehouden
d
1 n n=
 I =I 0 ⋅ ()
2
met d1
2
- I = intensiteit die wordt doorgelaten (in W m-2)
- I 0 = intensiteit die op het materiaal valt in (W m-2)
- d = dikte van het materiaal tussen de bron en de ontvanger (in m)
-
d 1 = halveringsdikte (in m)
2
I
 De verhouding is uit te drukken als percentage (: percentage van doorgelaten straling)
I0