8. Ioniserende straling 5: Medische beeldvorming

Samenvatting voor natuurkunde: Ioniserende straling (deel 5) - medische beeldvorming

Hoe wordt straling in de medische wereld gebruikt?

Er zijn drie manieren waarop ioniserende straling gebruikt wordt om in een menselijk lichaam te kijken. Daarnaast zijn er twee methodes van beeldvorming die geen gebruik maken van ioniserende straling, maar die je wel moet kennen. We gaan ze een voor een af, beginnend bij de drie methodes die ioniserende straling gebruiken.

Röntgenfoto

In de eerste video over ioniserende straling hebben we het al gehad over de röntgenfoto. Bij het maken van een röntgenfoto wordt röntgenstraling opgewekt in een röntgenapparaat. Zo’n röntgenapparaat bestaat uit een buis met twee elektrodes erin: een positieve elektrode, ook wel de anode genoemd en een negatieve elektrode, ook wel de kathode genoemd.

Wanneer de röntgenfoto gemaakt wordt, wordt met het röntgenapparaat röntgenstraling op een deel van het lichaam geschenen. Achter dat lichaamsdeel bevindt zich een fotografische plaat. De stoffen in het lichaamsdeel waar röntgenstraling moeilijk doorheen gaat, zoals botten en tanden, werpen een soort röntgenschaduw op de fotografische plaat. Wanneer de fotografische plaat ontwikkeld wordt, zie je daarom een afbeelding van de botten of tanden.

De witte delen op de foto zijn dus eigenlijk de plekken waar géén röntgenstraling op de fotografische plaat is gevallen en de zwarte delen zijn de plekken waar juist heel veel röntgenstraling op is gevallen, omdat die straling makkelijk door het vet- en spierweefsel heen kon gaan.

CT-scan

Een tweede manier om ioniserende straling te gebruiken voor medische beeldvorming, is de zogenaamde computertomografie-scan, afgekort CT-scan. Bij het maken van een CT-scan wordt ook röntgenstraling gebruikt. Met behulp van een ringvormig apparaat wordt een lichaamsdeel van een patiënt van rondom het lichaamsdeel bestraald met röntgenstraling. Eigenlijk worden er gewoon meerdere Röntgenfoto’s tegelijk gemaakt vanuit verschillende hoeken.

Met behulp van een computer kunnen die foto’s worden gecombineerd tot één afbeelding van een doorsnede van het lichaamsdeel van de patiënt. Door de patiënt door de ring heen te schuiven, kunnen een heleboel van die doorsneden worden gemaakt en gecombineerd tot een driedimensionaal beeld. Een CT-scan is heel snel, maar stelt de patiënt wel bloot aan veel röntgenstraling.

Nucleaire diagnostiek

Een derde manier om ioniserende straling te gebruiken om een beeld te krijgen van wat er zich allemaal afspeelt in een menselijk lichaam, staat bekend onder de naam nucleaire diagnostiek. Daarbij worden zogenaamde tracers in het lichaam gebracht, die zich binden aan datgene dat in beeld moet worden gebracht. Die tracers zijn radioactieve stoffen en zenden vanuit het lichaam gammastraling uit. Met een speciale gammacamera kan die straling worden opgevangen.

Er ontstaat dan een foto van waar de tracer zit, en dus van waar datgene dat in beeld gebracht moet worden zit. Zo’n foto wordt een scintigram genoemd. Als tracer worden meestal isotopen gebruikt met een korte halveringstijd, zodat de patiënt niet al te lang van binnen aan de gammastraling wordt blootgesteld.

Beeldvorming zonder ioniserende straling

Bij het maken van een zogenaamde MRI-scan wordt een lichaamsdeel in een sterk magneetveld geplaatst. De atoomkernen in het lichaam zijn zelf een soort mini-magneetjes en worden door dat magneetveld allemaal in één richting gedraaid. Met een elektrische puls worden die atoomkernen tegelijkertijd allemaal omgekeerd. Het magneetveld van het MRI-apparaat draait ze direct weer terug en bij dat proces komen radiogolven vrij.

Elke soort stof in het lichaam zendt net een andere soort radiogolven uit, en door die op te vangen kan een afbeelding worden gemaakt van de binnenkant van het lichaamsdeel in het MRI-apparaat. Het mooie aan een MRI-scan is dat de patiënt niet blootgesteld hoeft te worden aan ioniserende straling en dat het van alle organen in het lichaam een driedimensionale afbeelding kan maken, terwijl een röntgenfoto bijvoorbeeld alleen botten en tanden goed kan afbeelden, en alleen in 2D bovendien. Als een patiënt elektronische apparaten in zich heeft, een pacemaker bijvoorbeeld, kunnen die echter ontregeld worden door het sterke magneetveld.

Echografie

De laatste beeldvormende methode die je moet kennen is echografie. Daarbij worden met een echoapparaat geluidsgolven in het lichaam gezonden. Die geluidsgolven hebben een heel hoge frequentie en kun je niet horen. Geluid dat te hoog is om te horen wordt ook wel ultrasoon geluid genoemd.

De ultrasone geluidsgolven worden bij elke overgang tussen verschillende stoffen, bijvoorbeeld de overgang van vet naar spier, of van spier naar water, deels doorgelaten en deels gereflecteerd. Door met het echoapparaat de gereflecteerde geluidsgolven weer op te vangen, kan een afbeelding worden gemaakt van het binnenste van de patiënt. Echografie wordt onder meer gebruikt om afbeeldingen te maken van ongeboren baby’s in de baarmoeder. Het fijne van echografie is dat het snel en volledig veilig is.