hoofdstuk 10

Overal Natuurkunde 5 havo
Samenvatting
10 Medische beeldvorming
Elektromagnetische straling
Straling is voortdurend om je heen aanwezig, afkomstig uit de
omgeving en van elektrische apparatuur. Licht kun je zien, maar de
meeste straling niet. Veel straling hoort tot het elektromagnetische
spectrum. Dit is een verdeling van alle soorten straling die zich
door de ruimte kan voortplanten met de lichtsnelheid. De straling
kun je rangschikken naar oplopende energie en frequentie. Je kunt
onderscheid maken tussen: radiogolven, microgolven, infrarood (ir),
zichtbaar licht, ultraviolet (uv), röntgenstraling en gammastraling.
Straling bestaat uit fotonen. De hoeveelheid energie van een foton
is recht evenredig met de frequentie van het foton.
Hoe hoger de energie en frequentie van de straling, hoe groter het
ioniserend vermogen van de straling is.
Fotonen
Sommige eigenschappen van elektromagnetische straling beschrijf
je alsof straling uit deeltjes bestaat. Met het foto-elektrisch effect
laat je zien dat straling uit deeltjes bestaat.
Andere eigenschappen van elektromagnetische straling beschrijf je
alsof straling uit golven bestaat. Met het dubbelspleetexperiment
zie je een interferentiepatroon ontstaan, dat een bewijs is van het
golfkarakter.
Je zegt dan dat elektromagnetische straling een golf- en een
deeltjeskarakter heeft.
Als straling een golfkarakter heeft, kun je er een golflengte aan
toekennen. De waarde van de golflengte van elektromagnetische
straling loopt van meer dan 100 km (radiogolven) via 10−7 m (licht)
tot 10−15 m (kosmische straling).
Elektromagnetische straling plant zich in vacuüm voort met de
lichtsnelheid: (afgerond) 3,00 · 108 m/s.
Absorptie
Wanneer elektromagnetische straling bij een ontvanger komt vindt
absorptie plaats. De absorptie van de straling wordt bepaald door:
de hoeveelheid fotonenergie, de dichtheid van het materiaal en de
dikte van het materiaal.
Naarmate de energie van de fotonen groter is, is bij de ontvanger
het doordringend vermogen van de fotonen ook groter.
Het blijkt dat bijvoorbeeld röntgenfotonen zo’n grote energie
hebben dat de fotonen niet zo snel met een elektron reageren; het
ioniserend vermogen is dan laag en het doordringend vermogen
groot. De kans op ionisatie is het grootst bij een stof met hoge
dichtheid.
Wanneer röntgen- of gammastraling door materiaal of weefsel gaat
neemt de intensiteit af. Röntgenstraling (van een bepaalde energie)
die op materiaal valt, is na een halveringsdikte in het materiaal de
helft van de intensiteit kwijt. De halveringsdikte hangt af van het
soort materiaal en de fotonenergie.
Zie Binas, tabel 19B.
Ef = h · f
Zie Binas, tabel 19B.
c=f·
Zie Binas, tabel 7A.
I = I0 · (½)n, met n =
d
d½
Zie Binas, tabel 28F.
© Noordhoff Uitgevers Overal Natuurkunde 5 havo Samenvatting hoofdstuk 10 Medische beeldvorming
Röntgendiagnostiek
Van het doordringend vermogen van röntgenstraling maak je
gebruik om beelden te maken van binnen in het lichaam. Botten
absorberen meer röntgenstraling dan het omringende (zachte)
weefsel van je lichaam. Een röntgenfoto is dus vooral geschikt om
fracturen op te sporen.
Door stoffen, contrastvloeistof of bariumpap, in je lichaam te
brengen die röntgenstraling goed absorberen kun je ook zachtere
delen met röntgenstraling zichtbaar maken.
Met een CT-scanner draait een röntgenbron om het lichaam heen.
Je maakt dan onder verschillende hoeken röntgenopnames, zodat
je een driedimensionaal contrastrijk beeld krijgt.
Nadeel van röntgendiagnostiek is de hoeveelheid straling die je
krijgt.
MRI
MRI staat voor Magnetic Resonance Imaging. Deze techniek maakt
gebruik van een magnetisch veld, waarbij je dwarsdoorsnede van
je lichaam kunt afbeelden. De waterstofatomen in je lichaam zijn
gevoelig voor een magneetveld en een deel van deze atomen zal
zich gaan richten langs het veld. Met een korte rf-puls duw je de
protonen even uit evenwicht. Tijdens het terug bewegen van de
protonen worden er radiogolven uitgezonden. Deze radiogolven
kun je opvangen en omzetten in beeld. Met deze techniek sta je
niet aan gevaarlijke straling bloot en kun je zacht weefsel zichtbaar
maken.
Zie Binas, tabel 29.
Medische beelden
Bij echografie maak je gebruik van geluidsgolven die op het
grensvlak van twee verschillende weefsellagen terugkaatsen. Je
kunt zo een beeld van een ongeboren baby maken. Bloedstromen
kun je meten doordat de teruggekaatste geluidsgolf van frequentie
verandert.
Bij nucleaire diagnostiek zendt de patiënt zelf straling uit die je kunt
opvangen met detectoren. De patiënt krijgt dan een radioactieve
stof toegediend, die zich in het lichaam ophoopt en straling
uitzendt.
Ook een PET-scan maak je aan de hand van het vervalproces van
een toegediende radioactieve stof. Tijdens dit vervalproces
ontstaan positronen. In het annihilatieproces ontstaan dan twee
fotonen die je kunt opgevangen om een beeld te maken.
De keuze van een medische beeldvormingstechniek hangt af van
het soort weefsel dat je wilt bekijken en de mogelijke risico’s die je
loopt.
grootheid
naam
fotonenergie
frequentie
constante van Planck
lichtsnelheid
golflengte
intensiteit
dikte
halveringsdikte
symbool
Ef
f
h
c

I
d
d½
eenheid
naam
joule
hertz
joule seconde
meter per seconde
meter
watt per vierkante meter
meter
meter
symbool
J
Hz
J·s
m/s
m
W/m2
m
m
© Noordhoff Uitgevers Overal Natuurkunde 5 havo Samenvatting hoofdstuk 10 Medische beeldvorming