H10.2 Straling uit kernen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

H10 Medische beeldvorming

H0.2 straling uit kernen

Leerdoelen

Aan het eind van de les kun je...

uitleggen hoe de verschillende beeldtechnieken werken

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.

Röntgenbuis

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.

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 röntgen- straling door de patient wordt geschenen en daar tegenover de doorgelaten straling wordt opgevangen.

PET -scan

Ondanks de gevaren die straling ons kunnen geven, kunnen we radioactieve stoffen en straling gebruiken om medisch onderzoek te doen, bijvoorbeeld naar tumoren.

De eerste toepassing van medische beeldvorming die hier besproken wordt is de PET-scan. Hierbij krijgt een patient eerst een tracer toegediend, meestal in de bloedbaan. Een tracer bevat een molecuul waarbij één of meerdere atomen zijn vervangen door een radioactieve isotoop, zoals bijvoorbeeld een glucose molecuul waarbij een 

OH-groep is vervangen

door het isotoop F-18, 

zie afbeelding hier-

naast in groen.  

Eenmaal in het lichaam van de patient, straalt de tracer positronen uit. Zodra een  positron tegen een elektron in het lichaam botst, dan worden beide deeltjes geheel omgezet in twee fotonen die in tegengestelde richting wegschieten. We noemen dit annihilatie:

e​−​​+e​+​​=γ+γ

PET -scan

Deze methode kan ook gebruikt worden bij het lokaliseren van tumoren. Een bekend voorbeeld is het gebruik van een jood-tracer voor het onderzoek naar de schildklier, die relatief veel jodium opneemt.

De radioactieve vorm van glucose wordt niet alleen voor kankeronderzoek gebruikt. Ook bij hersenonderzoek wordt het toegepast. 

Hersendelen die meer actief zijn nemen meer glucose op en als gevolg lichten deze delen meer op in de PET-scan. Op deze manier kunnen we dus een idee krijgen van hersenactiviteit, zie afbeelding hieronder.

PET -scan

Omdat gammafotonen een grotere dracht hebben, zal een groot aantal hiervan het lichaam verlaten. Deze fotonen worden dan gedetecteerd door een cirkelvormige detector, zoals in de video hieronder is weergegeven.

Beide gammafotonen planten zich voort met de snelheid van het licht, c, in tegengestelde richting van elkaar.

Door het verschil in tijd, Δt, te meten tussen de aankomst van beide fotonen, kan met de formule Δx =c·Δt de positie Δx van de annihilatie bepaald worden, zie afbeelding hieronder.

Zo kan met alle gammafotonen die gedetecteerd worden, de plaats bepaald worden van een tumor die het radioactieve glucose heeft opgenomen, omdat een tumor meer energie (glucose) verbruikt en het radioactieve glucose zich daar ophoopt.

Annihilatie 

Hierna volgt een video-opdracht

Maak aantekening, je gaat hierna samenvatten hoe een PET-scan werkt.

Schrijf de stappen uit van een PET scan
gebruik iig: tracer, cyclotron, biologisch molecuul, positron.

Gammacamera

Technetium-99m

Waarom juist deze stof:

- Voldoende energetische gammastraling (141 keV
)

- korte fysische halfwaardetijd van ongeveer 6 uur

 -de uitgezonden gammastraling kan worden gedetecteerd met behulp van een gammacamera.

- Produceerbaar

Huiswerk: 

- lees §10.1

- maken opdracht 5, 7, 10, 15, 16, 17

- lees §10.2

- maken opdracht 23, 25, 26, 27