Radioactiviteit - Medische beeldvorming (H)
Radioactiviteit
Medische beeldvorming (H)
1 / 21
suivant
Slide 1: Diapositive
NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 4
Cette leçon contient 21 diapositives, avec diapositives de texte et 4 vidéos.
La durée de la leçon est: 45 minÉléments de cette leçon
Radioactiviteit
Medische beeldvorming (H)
Slide 1 - Diapositive
Hoofdstuk Radioactiviteit
Radioactiviteit - De bouw van atomen
Radioactiviteit - Kernverval
Radioactiviteit - Halveringstijd
Radioactiviteit - Activiteit
Radioactiviteit - Stralingsgevaar
Radioactiviteit - Halveringsdikte
Radioactiviteit - Kernverval
Radioactiviteit - Halveringstijd
Radioactiviteit - Activiteit
Radioactiviteit - Stralingsgevaar
Radioactiviteit - Halveringsdikte
Radioactiviteit - Medische beeldvorming
Slide 2 - Diapositive
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Slide 3 - Diapositive
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Pinky wrestling
Slide 4 - Diapositive
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Pinky wrestling
Slide 5 - Diapositive
Slide 6 - Vidéo
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Slide 7 - Diapositive
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Slide 8 - Diapositive
Leerdoelen
Aan het eind van de les kun je...
...
...
Slide 9 - Diapositive
Slide 10 - Vidéo
Slide 11 - Vidéo
Slide 12 - Vidéo
Röntgenstraling
Een andere methode is het maken van röntgenfoto's, zie afbeelding hiernaast. Hierbij wordt röntgenstraling door het lichaam geschenen. Als deze straling het lichaam in geschenen wordt, dan zal een deel worden geabsorbeerd en een deel worden doorgelaten.
Hoeveel er wordt geab-
sorbeerd hangt af van
het soort stof waar de
straling doorheen gaat
en van de dikte van
deze stof.
Door de doorgelaten straling op te vangen op een fotografische plaat kan dan een röntgenfoto worden gemaakt. Doordat spierweefsel bijvoorbeeld meer röntgenstraling doorlaat dan bot, kunnen we de botten in het menselijk lichaam hiermee duidelijk in kaart brengen.
In de paragraaf halveringsdikte gaan wordt in meer detail ingegaan op hoe bepaalde stoffen röntgen- of gammastraling absorberen of doorlaten.
Slide 13 - Diapositive
CT-scan
Ook bij een CT-scan wordt gebruik gemaakt van röntgenstraling. Hier worden meerdere metingen gecombineerd om een doorsnedefoto van het menselijk lichaam te maken. Series van deze doorsnedes kunnen gecombineerd worden tot een 3D weergaven van het menselijk lichaam. Hieronder zien we bijvoorbeeld doorsnedes van de hersenen.
Van links naar rechts:
CT-scan ter hoogte van de ogen, net boven de ogen, ter hoogte van het voorhoofd, net voor de top van de schedel.
CT-scan ter hoogte van de ogen, net boven de ogen, ter hoogte van het voorhoofd, net voor de top van de schedel.
In de video hieronder zie je hoe een leeuw een CT-scan ondergaat. Omdat in de VS en andere Engelstalige landen de CT-scan een CAT-scan wordt genoemd, is dit in wezen wel hetzelfde.
Ook bij deze scan zie je de cirkelvormige detector in de achtergrond, waarbij aan de ene kant de röntgenstraling door de patiënt wordt gestraald en daar tegenover de doorgelaten straling wordt opgevangen.
Slide 14 - Diapositive
Echoscopie
Bij echoscopie wordt gebruik gemaakt van geluidsgolven om het menselijk lichaam in kaart te brengen. Hieronder zien we bijvoorbeeld een echo van een foetus.
Deze foto is gemaakt door korte geluidspulsen de buik van een zwangere vrouw in te sturen. Een deel van deze geluidsgolven reflecteert op het moment dat ze van het ene naar het andere type weefsel overgaan.
Doordat de golven vaak door meerdere lagen weefsel trekken, krijg je ook meerdere pulsen terug, zie diagram hieronder.
Door te meten hoe lang het duurt voordat de verschillende pulsen terugkomen, kan een beeld gemaakt worden van de foetus. Door ook te meten hoeveel van de golf gereflecteerd is, kan ook iets worden gezegd over het type stof waartegen de geluidgolven reflecteren.
Slide 15 - Diapositive
MRI & tracer
Bij het maken van een MRI-scan wordt een persoon in een zeer sterk magneetveld gelegd. Als gevolg gaan veel atomen in het lichaam in de richting van dit veld wijzen (zie linkerkant van afbeelding hieronder).
Kennis van atoomkernen wordt in de medische wetenschap veel toegepast. Een veelvoorkomende techniek is dat chemische verbindingen ingespoten worden waarbij één of meerdere atomen zijn vervangen door een radioactieve isotoop. We noemen een dergelijke stof een tracer. Een voorbeeld hiervan is een glucosemolecuul met daaraan een radioactief isotoop.
Deze stoffen hopen zich in bepaalde plekken van het lichaam op en zenden daar gammastraling uit. Een deel van deze straling zal het lichaam verlaten en kan gedetecteerd worden.
Slide 16 - Diapositive
MRI
Bij het maken van een MRI-scan wordt een persoon in een zeer sterk magneetveld gelegd. Als gevolg gaan veel atomen in het lichaam in de richting van dit veld wijzen (zie linkerkant van afbeelding hiernaast).
Daarna wordt het lichaam bestraald met fotonen. De frequentie van deze fotonen wordt zo gekozen dat ze precies genoeg energie hebben om waterstofatomen in een aangeslagen toestand (hoger energieniveau) te brengen.
De waterstofatomen komen hierbij tegen de richting van het magneetveld in te liggen (zie midden van afbeelding). We noemen de frequentie waarbij dit gebeurt de resonantiefrequentie.
De waterstofatomen komen hierbij tegen de richting van het magneetveld in te liggen (zie midden van afbeelding). We noemen de frequentie waarbij dit gebeurt de resonantiefrequentie.
De grootte van deze frequentie hangt af van de sterkte van het magneetveld.
Slide 17 - Diapositive
MRI
Waterstofatomen komen o.a.
voor in water. Hoe meer water
dus in een deel van het lichaam
zit, hoe meer fotonen hier dus
vandaan zullen komen. Met
behulp van verschillen in de
waterstofdichtheid kan het
lichaam hiermee nauwkeurig
in kaart worden gebracht (zie afbeelding).
Om een foto te maken willen we echter alleen fotonen ontvangen van een twee-dimensionale 'slice' van het menselijk lichaam. Dit wordt gedaan door de sterkte van het magneetveld te variëren langs het menselijk lichaam. Als gevolg krijgt elk deel van het menselijk lichaam ook zijn eigen resonantiefrequentie.
voor in water. Hoe meer water
dus in een deel van het lichaam
zit, hoe meer fotonen hier dus
vandaan zullen komen. Met
behulp van verschillen in de
waterstofdichtheid kan het
lichaam hiermee nauwkeurig
in kaart worden gebracht (zie afbeelding).
Om een foto te maken willen we echter alleen fotonen ontvangen van een twee-dimensionale 'slice' van het menselijk lichaam. Dit wordt gedaan door de sterkte van het magneetveld te variëren langs het menselijk lichaam. Als gevolg krijgt elk deel van het menselijk lichaam ook zijn eigen resonantiefrequentie.
Waterstofatomen zullen nu alleen aangeslagen worden op de plek waar de frequentie van de gebruikte fotonen (fMRI) gelijk is aan de resonantiefrequentie (fr). Door het magneetveld te versterken of verzwakken, kunnen we op deze manier verschillende delen van het lichaam in kaart brengen (zie de onderstaande afbeelding).
Slide 18 - Diapositive
Opgaven
Opgave 1
In de jaren 70 van de twintigste eeuw werd het voor het eerst mogelijk om met röntgenstraling 3D-beelden van het menselijk lichaam te maken. Dit terwijl de röntgenfoto al uit het begin van de 20e eeuw stamt.
a. Leg uit waarom het maken van 3D-beelden pas mogelijk werd na de ontwikkeling van de computer.
b. In BINAS tabel 29 staat een CT-scan van de hersenen (vierde foto van boven). Dit is een gewone 2D afdruk van het bovenaanzicht van een plakje in de hersenen. Waarom zien we niet hetzelfde als we een klassieke röntgenfoto recht van boven zouden nemen? Geef twee redenen.
c. Bij botbreuken wordt meestal een gewone röntgenfoto gemaakt. Waarom wordt hier geen CT-scan gemaakt?
Opgave 2
In onderstaande tabel staan een aantal eigenschappen en omschrijvingen die horen bij 5 beeldvormende technieken. Zet een kruisje op de juiste plaats.
Slide 19 - Diapositive
Opgaven
Opgave 1
Toon aan m.b.v. de formule E =mc² aan dat bij annihilatie van een positron en een elektron twee gammafotonen met elk een energie van 511 keV ontstaan. Hint: gebruik BINAS T7A & B.
Opgave 2
Thalliumscintigrafie is een techniek die gebruikt wordt om de doorbloeding van de hartspier te onderzoeken. In het onderzoek wordt thallium-201 gebruikt. Deze isotoop ontstaat via twee reacties. Eerst wordt thallium-203 beschoten met een proton. Bij deze reactie ontstaat de isotoop lood-201. Uit het radioactieve verval van lood-201 ontstaat vervolgens thallium-201.
a. Geef van beide kernreacties de reactievergelijking.
Opgave 2 (vervolg)
b. De isotoop thallium-201 is radioactief en vervalt via een proces dat K-vangst heet. Bij K-vangst neemt een atoomkern een elektron op uit de binnenste elektronenschil. Bij dit proces komt alleen γ-straling vrij. Ook bij andere radioactieve stoffen die vervallen onder uitzending van α-straling of β-straling kan γ-straling vrijkomen. Toch wordt er in dit onderzoek gekozen voor een radioactieve stof die vervalt via K-vangst. Leg uit waarom.
c. De hoeveelheid radioactieve stof die in het onderzoek gebruikt wordt, heeft een activiteit van 56 MBq. Thallium-201 heeft een halveringstijd van 3,04 dag. Bereken de massa van deze hoeveelheid thallium-201. Gebruik 201 als massagetal.
b. De isotoop thallium-201 is radioactief en vervalt via een proces dat K-vangst heet. Bij K-vangst neemt een atoomkern een elektron op uit de binnenste elektronenschil. Bij dit proces komt alleen γ-straling vrij. Ook bij andere radioactieve stoffen die vervallen onder uitzending van α-straling of β-straling kan γ-straling vrijkomen. Toch wordt er in dit onderzoek gekozen voor een radioactieve stof die vervalt via K-vangst. Leg uit waarom.
c. De hoeveelheid radioactieve stof die in het onderzoek gebruikt wordt, heeft een activiteit van 56 MBq. Thallium-201 heeft een halveringstijd van 3,04 dag. Bereken de massa van deze hoeveelheid thallium-201. Gebruik 201 als massagetal.
Slide 20 - Diapositive
Opgaven
Opgave 3
Bij onderzoek naar de ziekte van Alzheimer wordt de PET-scan gebruikt. Daarbij spuit men bij de patiënt een speciale stof in die het C-11-isotoop bevat. Deze stof bindt het C-11-isotoop aan plaatsen in de hersenen waar de ziekte van Alzheimer zit. Het C-11-isotoop verkrijgt men door versnelde protonen op N-14 te schieten.
a. Geef de kernreactievergelijking van de productie van het C-11-isotoop uit N-14.
b. Het C-11-isotoop vervalt onder uitzending van een positron. Het positron dat ontstaat remt in het hersenweefsel af tot (bijna) stilstand, en annihileert dan met een elektron.
a. Geef de kernreactievergelijking van de productie van het C-11-isotoop uit N-14.
b. Het C-11-isotoop vervalt onder uitzending van een positron. Het positron dat ontstaat remt in het hersenweefsel af tot (bijna) stilstand, en annihileert dan met een elektron.
Opgave 3 (vervolg)
Daarbij worden twee gamma-fotonen met dezelfde frequentie in tegengestelde richting uitgezonden (zie afbeelding). Als twee gamma-
fotonen binnen een tijdsduur Δt
de ringvormige detector berei-
ken, neemt men aan dat ze af-
komstig zijn van dezelfde anni-
hilatie. Een computer verwerkt
de gegevens tot een plaatje.
Stel dat een patiënt hersenen
heeft met een diameter van
20 cm. Bereken het maximale
tijdverschil Δt. Neem aan dat de
fotonen overal met de lichtsnel-
heid in vacuüm bewegen.
Daarbij worden twee gamma-fotonen met dezelfde frequentie in tegengestelde richting uitgezonden (zie afbeelding). Als twee gamma-
fotonen binnen een tijdsduur Δt
de ringvormige detector berei-
ken, neemt men aan dat ze af-
komstig zijn van dezelfde anni-
hilatie. Een computer verwerkt
de gegevens tot een plaatje.
Stel dat een patiënt hersenen
heeft met een diameter van
20 cm. Bereken het maximale
tijdverschil Δt. Neem aan dat de
fotonen overal met de lichtsnel-
heid in vacuüm bewegen.
