Scriptie Natuurkunde Rontgenstraling en mammografie

Transcriptie

1 Scriptie Natuurkunde Rontgenstraling en mamm Scriptie door een scholier 1848 woorden 19 maart ,7 84 keer beoordeeld Vak Natuurkunde Röntgenonderzoek Röntgenonderzoek is een term die valt binnen de medische wetenschap van deze tijd. Röntgenstralen kunnen organen in het menselijk lichaam zichtbaar maken. Aan de hand van een foto kunnen onregelmatigheden in het lichaam worden opgespoord. Dit onderzoek is erg belangrijk. Met de technieken die binnen dit onderzoek vallen kunnen diagnoses worden gesteld die niet met het blote oog zijn waar te nemen. Pas na de diagnose kan het probleem worden behandeld. In dit artikel zal het röntgenonderzoek, inclusief mamm, uitgebreid aan de orde komen. Stralingsbron Röntgenstraling ontstaat in een röntgenbuis. De bron van de röntgenstraling is de röntgenbuis. Die buis kan je vergelijken met een grote lamp. In die lamp wordt, onder lage druk, een stroom aangelegd. Die stroom loopt van een positieve pool naar een negatieve pool. röntgenbuis Het ontstaan van röntgenstraling Binnen de röntgenbuis botsen de elektronen, die een zeer grote snelheid hebben, tegen een metalen plaat. Hierdoor zendt deze metalen plaat straling uit. Want de elektronen dringen diep in een atoom door en stoten dan bij botsingen de elektronen weg uit de binnenste schil. Dan moet deze lege plek worden opgevuld door een elektron uit een andere schil. Dit betekent terugval en de elektrische energie van het elektron neemt sterk af. De fotonen die hierbij, net als bij het uitstralen van licht, vrijkomen hebben een zeer grote fotonenenergie. Dit verschijnsel kan worden weer gegeven aan de hand van een model, dit model is hieronder gegeven: Het ontstaan van licht Bij zichtbaar licht komen ook fotonen vrij. De manier waarop deze fotonen vrij komen is echter anders dan bij röntgenstraling. Wanneer een vrij elektron botst absorbeert het atoom een deel van de kinetische Pagina 1 van 6

2 energie van het vrije elektron. Daardoor komt het elektron in een baan met een grotere schaal. Bij terugval naar een baan met een kleinere straal zendt het atoom de geabsorbeerde energie weer uit in de vorm van een foton. Omdat dit proces ook nogal ingewikkeld is heb ik hieronder weer het model weergegeven. Het verschil tussen het foton dat bij het ontstaan van licht uit wordt gezonden en dat wat bij röntgenstraling wordt uitgezonden is de stralingsenergie die het bevat. Die energie is bij licht veel kleiner. Hierdoor is het doordringend vermogen van licht ook kleiner. Röntgenstraling kan diep in materialen doordringen en zelfs er doorheen gaan. Het materiaal absorbeert wat van de energie van de straling en wordt geïoniseerd. Ionisatie wil zeggen dat atomen worden veranderd in ionen. En wanneer dit gebeurt binnen organismen leidt dit tot chemische reacties. En hierdoor kunnen cellen beschadigen, of erfelijke eigenschappen kunnen veranderen. De risico's en gevolgen zal ik later nog toelichten. Verwerking van de röntgenstraling binnen de diagnostiek Met die röntgenstralen kan je met behulp van een röntgenfilm een foto maken. Deze film bestaat uit een zilverhoudende film. Maar tegenwoordig wordt vaker gebruikt gemaakt van een digitale film. Bij deze film is de zilverhoudende film vervangen door een fosforplaat. Deze fosforplaat kan het röntgenbeeld opslaan in digitale vorm. Met behulp van een laserstraal kan dit leiden tot een beeld op een computerscherm. Dit heeft als voordeel dat de chemicaliën, die voorheen nodig waren bij het ontwikkelen, nu niet meer nodig zijn. Ook kan je op het scherm de kwaliteit aanpassen. Contrastmiddel Bij organen en vaten moet gebruik worden gemaakt van een contrastmiddel. Deze zijn namelijk niet goed te onderscheiden op een röntgenfoto. De patiënt krijgt de contrastvloeistof ingespoten of via bariumpap toegediend. Dit is afhankelijk van het te bekijken orgaan. Wanneer het om de maag gaat, bijvoorbeeld, zal het contrastmiddel via de pap worden ingediend. De barium in de pap is dan het contrastmiddel. Deze barium kan geen kwaad en wordt door het lichaam afgescheiden. Apparatuur Er zijn verschillende methoden bekend binnen de radiodiagnostiek waarmee gewerkt kan worden. Voor deze methoden is ook verschillende apparatuur nodig. De meest bekende en genoemde apparaten zal ik hieronder beschrijven. Röntgentoestel Het meest gebruikte röntgenapparaat is de teletafel. Bij deze wordt gebruikt gemaakt van de röntgenbuis. En die buis is zo bevestigd dat hij op elke manier gedraaid kan worden om een foto te maken. Deze tafel is vooral bekend als manier om botbreuken op te sporen. De mammograaf Met een mammograaf kan een RX-opname worden gemaakt van de borst. De borst wordt tussen een plaatje en een houder waarin de röntgenfilm zich bevindt samengedrukt. Dit samendrukken gebeurt om alle weefsel op de foto te krijgen. Dit onderzoek vindt preventief plaats, maar ook naar aanleiding van Pagina 2 van 6

3 klachten. Het mammogram kan uitwijzen of er een onregelmatigheid in de borst is. Op het hoe en waarom ga ik straks nog wat dieper in. CT- scan CT staat voor Computer Tom. Bij een CT scan wordt de patiënt op een tafel in een soort ring geschoven. In die ring bevindt zich een ronddraaiende, röntgenstralen uitzendende bron. Met een computer kan de dwarsdoorsnede van het lichaam in beeld worden gebracht. De computer die hiervoor wordt gebruikt is zeer krachtig en kan driedimensionale reconstructies maken. Op deze manier komt de radiodiagnost meer te weten over de verschillende organen en hun relatie onderling. Operaties die hier vroeger voor nodig waren worden nu overbodig. Ech Ook ech kom je vaak tegen in de rij van de diagnostische apparatuur. Er valt aan de ene kant wat voor te zeggen, maar eigenlijk hoort het er niet bij. Bij ech wordt ook in het menselijk lichaam gekeken. Er wordt gewerkt met registratie van teruggekaatste geluidsgolven. Een soort microfoontje zendt geluiden uit en ontvangt geluiden, zo worden bewegende organen in beweging gebracht. Uit deze beschrijving blijkt dat het eigenlijk onnodig is om dit apparaat voor onderzoeken bij röntgenapparatuur te noemen. Er wordt geen gebruik gemaakt van röntgenstraling, alleen van geluidsstralen. MRI MRI staat voor Magnetische resonantie Imaging. Ook dit is een ontwikkeling die eigenlijk niet valt onder röntgenapparatuur. De patiënt wordt bij deze methode op een tafel in een koker geschoven. Hij of zij houdt via een microfoon contact met de radiologisch laborant. Ook bij deze methode wordt geen gebruik gemaakt van röntgenstralen. Het apparaat is gebaseerd op magnetische velden en radiogolven. MRI wordt gebruikt bij het diagnosticeren van hersenziekten, tumoren, kanker en bloedvaten. Wat de straling kan doen Risico Zoals ik eerder al schreef kunnen ioniserende stralen atomen in ionen veranderen. De cellen kunnen dan beschadigen of erfelijke eigenschappen veranderen. Chemische reacties kunnen namelijk plaatsvinden door ionisatie. Bij deze reacties kunnen, met zuurstof en organische moleculen, nieuwe verbindingen ontstaan. Deze verbindingen hebben als eigenschap snel reacties aan te gaan met vitale biomoleculen, zoals DNA. Beschadigingen aan het DNA ontstaan en wel in een aantal vormen. Er kan beschadiging ontstaan aan de stikstofbasen of mutaties. Er kunnen breuken ontstaan in de enkele strengen ook in de dubbele strengen. Binnen de cellen zijn natuurlijke DNA- herstelmechanismen. Die kunnen door snel en effectief de beschadigingen te herstellen de schade beperken. Wanneer DNA- schade niet volledig of foutief wordt hersteld kunnen celtypes blijvend veranderd zijn. Uiteindelijke, mogelijke effecten Gevolgen van de veranderingen zijn uiteenlopend: wratten, gewrichtsaandoeningen, aanhoudende Pagina 3 van 6

4 neusbloedingen, astma, hooikoorts en veranderingen in haargroei kunnen ontstaan. Bij de biologische effecten van het blootstaan aan straling onderscheidt men twee soorten. Ten eerste zijn er de deterministische effecten. Het effect is pas bij een bepaalde dosis waarneembaar, de drempeldosis. Als de dosis toe neemt ook de ernst van het effect toe. Ten tweede zijn er de stochastische effecten. Er is niet sprake van een drempeldosis en de ernst van het effect is niet afhankelijk van de dosis, maar wel de kans van het effect. Dat de dosis waaraan je bloot staat van belang is blijkt hieruit. Dosimetrie Dosimetrie is het meten van hoeveelheid straling waaraan persoon of voorwerp wordt blootgesteld. Belangrijk om de dosis te bepalen zijn de eigenschappen van het weefsel en de straling. De combinatie van de stralingsweegfactor en de geabsorbeerde dosis leidt tot de totale dosis. Die wordt aangeduid in Sievert (Sv) of in J/kg. Achtergrondstraling De achtergrondstraling in Nederland bedraagt per persoon per jaar ongeveer 2 milisievert.de totale effectieve dosis ten gevolge van Röntgenonderzoek voor Nederland komt op ongeveer 0,4 milisievert per persoon per jaar. Dat wil dus zeggen dat dat 20% is van de achtergrondstraling. Effectieve dosis per Röntgenonderzoek (milisievert) Angiocardi CT van de buik 4-8 Angi van de benen 4-6 Dikke darm onderzoek 3-4,4 Doorlichting van hart en longen 3-3,6 Maag onderzoek 2-2,7 Ribdetailopnamen 1-1,9 X-Thorax (= Röntgen foto hart en longen) 0,1 Aangezien de dosis bepalend is voor de beschadiging van cellen aan de mens zijn er regels gemaakt om de mens te beschermen. In de Belgische wetgeving, bijvoorbeeld, staat dat mensen die beroepshalve bloot moeten staan aan röntgenstraling een maximale dosis van 100mSv per 5 opeenvolgende jaren mogen ontvangen. De regel is wel dat er naar gestreefd moet worden aan zo min mogelijk straling bloot te staan. Voor mensen die niet beroepshalve of vanwege stage te maken hebben met de straling geldt een maximaal toegelaten dosis op 1 msv per jaar. Er moet natuurlijk ook rekening worden gehouden met straling afkomstig van buiten de werkomgeving. Zo zijn er natuurlijke stralingsbronnen, als kosmische straling en verval van radioactief materiaal en achtergrondstraling bij bouwmaterialen. Protectie Om de hoeveelheid te absorberen straling zo veel mogelijk te beperken moet je rekening houden met de bronsterkte, de afstand tot de bron, de dikte van afscherming en de tijdsduur van blootstelling. Röntgenapparatuur mag alleen gebruikt worden door personen die passende afschermingmiddel Pagina 4 van 6

5 gebruiken. Een afschermingkap rond de bron is betrouwbaar. Zo wordt ook gebruik gemaakt van bepaalde deurcontacten. De bron gaat dan alleen stralen als de deur gesloten is. Persoonlijke beschermingsmiddelen zoals loodschorten en loodglasbrillen zijn ook aan te raden. Zwangere vrouwen zullen ook op moeten letten dat hun buik niet bloot staat aan straling, door middel van bijvoorbeeld loodschorten. Om aan te geven dat er in een bepaalde ruimte wordt gewerkt met ioniserende straling dient er op de deur een pictogram te hangen. Pictogram Om de dosis van de omgeving te meten wordt een Geiger-Muller-teller gebruikt. En om de dosis te bepalen waaraan een persoon blootgesteld is worden individuele dosimeters gebruikt. Die registreren de straling en geven een idee over de aard en de energie van de straling. Geiger-Muller-teller Mamm Mamm is het voortijdig opsporen van borstkanker. Dit gebeurt door middel van RX-opnamen van de borsten met behulp van een speciaal mamm toestel. Van elke borst worden minstens twee opnamen gemaakt. Mamm is aanbevolen als er klinisch verdachte afwijkingen optreden. Dit is bijvoorbeeld een knobbeltje in de borst of vochtverlies uit de tepel. Maar veelvoorkomend wordt mamm tegenwoordig uitgevoerd bij vrouwen tussen ongeveer 50 en 70 jaar als preventie en bevolkingsonderzoek. Risico's De stralingsbelasting bij een mamm is laag. De röntgenstraling komt ook alleen in de borst terecht, de rest van het lichaam staat niet bloot aan de straling. Ook zwangere vrouwen kunnen gerust een mamm laten doen. De frequentie van een mamm is een keer in ongeveer twee jaar, als je binnen de risicogroep valt of wanneer je zelf en de huisarts aangeven dat een mamm nodig is. Mammograaf Het verschil tussen mamm en gewoon röntgenonderzoek Het grote verschil tussen mamm en gewoon röntgenonderzoek is het feit dat er bij mamm niet veel stralingsenergie vrij komt. Ook het apparaat is zo dat de hele borst onderzocht kan worden, maar het lichaam niet aan veel straling bloot staat. Mamm wordt als bevolkingsonderzoek gebruikt en geldt als preventie voor de veelvoorkomende ziekte, borstkanker. Bronnen Pagina 5 van 6

6 ~ Newton, natuurkunde voor de tweede fase, vwo informatieboek 1b Eerste druk, thieme, Zuthphen Pagina 6 van 6