Uitwerking opgaven - Amberamber.bonhoeffer.nl/~peter/Download/Medische beeldvorming... · Web...

45
Medische BEELDVORMING VWO 4 Medische Beeldvorming docentenhandleiding

Transcript of Uitwerking opgaven - Amberamber.bonhoeffer.nl/~peter/Download/Medische beeldvorming... · Web...

Medische BEELDVORMING

VWO 4

Medische Beeldvormingdocentenhandleiding

Medische Beeldvorming

Colofon

Project Medische Beeldvorming

Auteurs Bart Lindnermmv Hank van Lubeck Hans van Bemmel en Kees HooymanVersie 1

CopyrightcopyStichting natuurkundenl Enschede 2008-XX-XX

Alle rechten voorbehouden Geen enkele openbaarmaking of verveelvoudiging is toegestaan zoals verspreiden verzenden opnemen in een ander werk netwerk of website tijdelijke of permanente reproductie vertalen of bewerken of anderszins al of niet commercieel hergebruik Als uitzondering hierop is beperkte openbaarmaking of verveelvoudiging toegestaan mits uitsluitend bedoeld voor eigen gebruik of voor gebruik in het eigen onderwijs aan leerlingen onder vermelding van de bron

Voor zover wij gebruik maken van extern materiaal proberen wij toestemming te verkrijgen van eventuele rechthebbenden Mocht u desondanks van mening zijn dat u rechten kunt laten gelden op materiaal dat in deze reeks is gebruikt dan verzoeken wij u contact met ons op te nemen pietersscienceuvanl

Inleiding

Over deze handleidingIn deze docentenhandleiding bij de module Medische Beeldvorming vindt u een voorbeeld-tijdplanning antwoorden bij de opgaven de diagnostische toets met antwoorden en voorbeeld-toetsvragen We beginnen met enkele opmerkingen over de keuzes die gemaakt zijn voor de opbouw van de module

Concepten in medische context orieumlntatie- en reflectieMedische toepassingen zijn de belangrijkste context bij het natuurkundige onderwerp lsquoioniserende stralingrsquo Deze module omvat veel concepten die al in het programma voor HAVO zaten zoals alfa- begraveta- en gammastraling halfwaardetijd kernreactievergelijkingen en dosisberekingen Ook de concepten die bij lsquoechografiersquo aan de orde komen zijn niet nieuw ze werden eerder onder lsquogolven en geluidrsquo geplaatst Ze passen goed bij de medische context Beeldbewerking was geen onderdeel van het oude programma het is wel een passende afsluiting van de module omdat de behandelde beeldbewerkingstechnieken voor alle soorten afbeeldingen van belang zijnHe is belangrijk leerlingen te prikkelen om de aandacht op de stof te richten Het mooist is het als de problemen waarover de stof gaat ook huacuten problemen worden We proberen via lsquoorieumlntatieopdrachtenrsquo deze interesse te wekken Bij het terugkijken op een hoofdstuk willen we uiteraard dat de leerling meer doet dan proberen wat dingen uit het hoofd te leren In de lsquoreflectieopdrachtenrsquo proberen we de leerling te laten kijken naar wat hij heeft bereikt Verder is de opbouw vrij traditioneel een tekst met uitleg en verwerkingsvragen Waar mogelijk hebben we leerlingaktiviteiten ingebouwd maar op het gebied van radioactiviteit zijn de prakticummogelijkheden beperkt Bij de eindopdrachten zijn mogelijkheden voor beroepenorieumlntatie opgenomen

Opmerkingen en errata1 In de eerste orieumlntatieopdracht wordt de leerling gevraagd in beeld te

brengen wat hij al weet over medische beeldvorming Dat is uiteraard al heel wat iedereen heeft wel van roumlntgenfotorsquos gehoord Er is hier een punt van aandacht wat betreft het voorzichtig omgaan met de gevoelens van leerlingen mogelijk roept dit onderwerp herinneringen op aan ernstige ziektes in de familie of bij het kind zelf

2 Het begrip effectieve dosis wordt in de NiNa-syllabus genoemd maar zonder formules of berekeningen In de medische wereld waar vaak precies bekend is hoeveel straling gebruikt wordt en in welk organen dat terecht komt is de effectieve dosis een centraal begrip om risicorsquos te berekenen De weefselweegfactoren geven de relatieve gevoeligheid aan De som van de weegfactoren van alle organen is (per definitie) precies 1 Om verwarring met de equivalente dosis te voorkomen wordt dit begrip waarschijnlijk geschrapt uit de syllabus

3 De berekening van de hoek van breking zoals die in 38 b wordt gevraagd valt buiten de stof die de syllabus aangeeft De in de leestekst genoemde formule hoeft de leerling dus niet te kennen Er is in deze opgave 38 de mogelijkheid om toch met de wet van Snellius te oefenen In verband met de tijd kan het raadzaam zijn dit niet te doen en alles tot de kwalitatieve constateringen te beperken en het alleen te hebben over bijvoorbeeld lsquobreking van de normaal afrsquo Bovendien is soms de indruk dat havo-

leerlingen meer inzicht krijgen van het kwalitatief redeneren dan van het stap-voor-stap leren nadoen van een procedure met de arcsinus De docent heeft hier dus de keuze om de berekening wel of niet te oefenen met de leerlingen

Peer InstructionEnkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet

De methode Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder

voor zich het antwoord bepalen Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer

stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo) Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te

overtuigen Laat opnieuw handen opsteken Bespreek zonodig wat het moest zijn

Voorbeeldvragen

1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot waarniet waarweet niet

2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee

3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee

4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar

5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter het contrastde resolutiebeidegeen van beide

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Medische Beeldvorming

Colofon

Project Medische Beeldvorming

Auteurs Bart Lindnermmv Hank van Lubeck Hans van Bemmel en Kees HooymanVersie 1

CopyrightcopyStichting natuurkundenl Enschede 2008-XX-XX

Alle rechten voorbehouden Geen enkele openbaarmaking of verveelvoudiging is toegestaan zoals verspreiden verzenden opnemen in een ander werk netwerk of website tijdelijke of permanente reproductie vertalen of bewerken of anderszins al of niet commercieel hergebruik Als uitzondering hierop is beperkte openbaarmaking of verveelvoudiging toegestaan mits uitsluitend bedoeld voor eigen gebruik of voor gebruik in het eigen onderwijs aan leerlingen onder vermelding van de bron

Voor zover wij gebruik maken van extern materiaal proberen wij toestemming te verkrijgen van eventuele rechthebbenden Mocht u desondanks van mening zijn dat u rechten kunt laten gelden op materiaal dat in deze reeks is gebruikt dan verzoeken wij u contact met ons op te nemen pietersscienceuvanl

Inleiding

Over deze handleidingIn deze docentenhandleiding bij de module Medische Beeldvorming vindt u een voorbeeld-tijdplanning antwoorden bij de opgaven de diagnostische toets met antwoorden en voorbeeld-toetsvragen We beginnen met enkele opmerkingen over de keuzes die gemaakt zijn voor de opbouw van de module

Concepten in medische context orieumlntatie- en reflectieMedische toepassingen zijn de belangrijkste context bij het natuurkundige onderwerp lsquoioniserende stralingrsquo Deze module omvat veel concepten die al in het programma voor HAVO zaten zoals alfa- begraveta- en gammastraling halfwaardetijd kernreactievergelijkingen en dosisberekingen Ook de concepten die bij lsquoechografiersquo aan de orde komen zijn niet nieuw ze werden eerder onder lsquogolven en geluidrsquo geplaatst Ze passen goed bij de medische context Beeldbewerking was geen onderdeel van het oude programma het is wel een passende afsluiting van de module omdat de behandelde beeldbewerkingstechnieken voor alle soorten afbeeldingen van belang zijnHe is belangrijk leerlingen te prikkelen om de aandacht op de stof te richten Het mooist is het als de problemen waarover de stof gaat ook huacuten problemen worden We proberen via lsquoorieumlntatieopdrachtenrsquo deze interesse te wekken Bij het terugkijken op een hoofdstuk willen we uiteraard dat de leerling meer doet dan proberen wat dingen uit het hoofd te leren In de lsquoreflectieopdrachtenrsquo proberen we de leerling te laten kijken naar wat hij heeft bereikt Verder is de opbouw vrij traditioneel een tekst met uitleg en verwerkingsvragen Waar mogelijk hebben we leerlingaktiviteiten ingebouwd maar op het gebied van radioactiviteit zijn de prakticummogelijkheden beperkt Bij de eindopdrachten zijn mogelijkheden voor beroepenorieumlntatie opgenomen

Opmerkingen en errata1 In de eerste orieumlntatieopdracht wordt de leerling gevraagd in beeld te

brengen wat hij al weet over medische beeldvorming Dat is uiteraard al heel wat iedereen heeft wel van roumlntgenfotorsquos gehoord Er is hier een punt van aandacht wat betreft het voorzichtig omgaan met de gevoelens van leerlingen mogelijk roept dit onderwerp herinneringen op aan ernstige ziektes in de familie of bij het kind zelf

2 Het begrip effectieve dosis wordt in de NiNa-syllabus genoemd maar zonder formules of berekeningen In de medische wereld waar vaak precies bekend is hoeveel straling gebruikt wordt en in welk organen dat terecht komt is de effectieve dosis een centraal begrip om risicorsquos te berekenen De weefselweegfactoren geven de relatieve gevoeligheid aan De som van de weegfactoren van alle organen is (per definitie) precies 1 Om verwarring met de equivalente dosis te voorkomen wordt dit begrip waarschijnlijk geschrapt uit de syllabus

3 De berekening van de hoek van breking zoals die in 38 b wordt gevraagd valt buiten de stof die de syllabus aangeeft De in de leestekst genoemde formule hoeft de leerling dus niet te kennen Er is in deze opgave 38 de mogelijkheid om toch met de wet van Snellius te oefenen In verband met de tijd kan het raadzaam zijn dit niet te doen en alles tot de kwalitatieve constateringen te beperken en het alleen te hebben over bijvoorbeeld lsquobreking van de normaal afrsquo Bovendien is soms de indruk dat havo-

leerlingen meer inzicht krijgen van het kwalitatief redeneren dan van het stap-voor-stap leren nadoen van een procedure met de arcsinus De docent heeft hier dus de keuze om de berekening wel of niet te oefenen met de leerlingen

Peer InstructionEnkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet

De methode Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder

voor zich het antwoord bepalen Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer

stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo) Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te

overtuigen Laat opnieuw handen opsteken Bespreek zonodig wat het moest zijn

Voorbeeldvragen

1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot waarniet waarweet niet

2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee

3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee

4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar

5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter het contrastde resolutiebeidegeen van beide

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Inleiding

Over deze handleidingIn deze docentenhandleiding bij de module Medische Beeldvorming vindt u een voorbeeld-tijdplanning antwoorden bij de opgaven de diagnostische toets met antwoorden en voorbeeld-toetsvragen We beginnen met enkele opmerkingen over de keuzes die gemaakt zijn voor de opbouw van de module

Concepten in medische context orieumlntatie- en reflectieMedische toepassingen zijn de belangrijkste context bij het natuurkundige onderwerp lsquoioniserende stralingrsquo Deze module omvat veel concepten die al in het programma voor HAVO zaten zoals alfa- begraveta- en gammastraling halfwaardetijd kernreactievergelijkingen en dosisberekingen Ook de concepten die bij lsquoechografiersquo aan de orde komen zijn niet nieuw ze werden eerder onder lsquogolven en geluidrsquo geplaatst Ze passen goed bij de medische context Beeldbewerking was geen onderdeel van het oude programma het is wel een passende afsluiting van de module omdat de behandelde beeldbewerkingstechnieken voor alle soorten afbeeldingen van belang zijnHe is belangrijk leerlingen te prikkelen om de aandacht op de stof te richten Het mooist is het als de problemen waarover de stof gaat ook huacuten problemen worden We proberen via lsquoorieumlntatieopdrachtenrsquo deze interesse te wekken Bij het terugkijken op een hoofdstuk willen we uiteraard dat de leerling meer doet dan proberen wat dingen uit het hoofd te leren In de lsquoreflectieopdrachtenrsquo proberen we de leerling te laten kijken naar wat hij heeft bereikt Verder is de opbouw vrij traditioneel een tekst met uitleg en verwerkingsvragen Waar mogelijk hebben we leerlingaktiviteiten ingebouwd maar op het gebied van radioactiviteit zijn de prakticummogelijkheden beperkt Bij de eindopdrachten zijn mogelijkheden voor beroepenorieumlntatie opgenomen

Opmerkingen en errata1 In de eerste orieumlntatieopdracht wordt de leerling gevraagd in beeld te

brengen wat hij al weet over medische beeldvorming Dat is uiteraard al heel wat iedereen heeft wel van roumlntgenfotorsquos gehoord Er is hier een punt van aandacht wat betreft het voorzichtig omgaan met de gevoelens van leerlingen mogelijk roept dit onderwerp herinneringen op aan ernstige ziektes in de familie of bij het kind zelf

2 Het begrip effectieve dosis wordt in de NiNa-syllabus genoemd maar zonder formules of berekeningen In de medische wereld waar vaak precies bekend is hoeveel straling gebruikt wordt en in welk organen dat terecht komt is de effectieve dosis een centraal begrip om risicorsquos te berekenen De weefselweegfactoren geven de relatieve gevoeligheid aan De som van de weegfactoren van alle organen is (per definitie) precies 1 Om verwarring met de equivalente dosis te voorkomen wordt dit begrip waarschijnlijk geschrapt uit de syllabus

3 De berekening van de hoek van breking zoals die in 38 b wordt gevraagd valt buiten de stof die de syllabus aangeeft De in de leestekst genoemde formule hoeft de leerling dus niet te kennen Er is in deze opgave 38 de mogelijkheid om toch met de wet van Snellius te oefenen In verband met de tijd kan het raadzaam zijn dit niet te doen en alles tot de kwalitatieve constateringen te beperken en het alleen te hebben over bijvoorbeeld lsquobreking van de normaal afrsquo Bovendien is soms de indruk dat havo-

leerlingen meer inzicht krijgen van het kwalitatief redeneren dan van het stap-voor-stap leren nadoen van een procedure met de arcsinus De docent heeft hier dus de keuze om de berekening wel of niet te oefenen met de leerlingen

Peer InstructionEnkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet

De methode Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder

voor zich het antwoord bepalen Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer

stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo) Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te

overtuigen Laat opnieuw handen opsteken Bespreek zonodig wat het moest zijn

Voorbeeldvragen

1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot waarniet waarweet niet

2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee

3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee

4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar

5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter het contrastde resolutiebeidegeen van beide

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

leerlingen meer inzicht krijgen van het kwalitatief redeneren dan van het stap-voor-stap leren nadoen van een procedure met de arcsinus De docent heeft hier dus de keuze om de berekening wel of niet te oefenen met de leerlingen

Peer InstructionEnkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet

De methode Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder

voor zich het antwoord bepalen Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer

stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo) Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te

overtuigen Laat opnieuw handen opsteken Bespreek zonodig wat het moest zijn

Voorbeeldvragen

1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot waarniet waarweet niet

2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee

3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee

4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar

5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter het contrastde resolutiebeidegeen van beide

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Peer InstructionEnkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet

De methode Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder

voor zich het antwoord bepalen Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer

stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo) Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te

overtuigen Laat opnieuw handen opsteken Bespreek zonodig wat het moest zijn

Voorbeeldvragen

1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot waarniet waarweet niet

2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee

3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee

4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar

5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter het contrastde resolutiebeidegeen van beide

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

TijdplanningDe tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is

Medische Beeldvorming (inleiding)

1 les

1 roumlntgenfotografie 2 lessen

2 Nucleaire diagnostiek 4 lessen

3 Ioniserende straling 2 lessen

4 Echografie 2 lessen

5 Overige technieken 1 les6 Over het beeld 2

lessenEindopdracht 1 lesDiagnostische toets (thuis)

15 lessen

Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)

Inleiding docent 5 minuten Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte

verzamelen op het bord)15 minuten

Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten

Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module10 minuten

Les 2

Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten

Bespreken spectrum c=λf 5 minuten

Opgave 1-3 15 minuten Proef fotopapier 10 minuten Bespreken fotonen E=hf 10 minuten Opgave 4

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Les 3

Bespreken huiswerk 5 minuten Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10

minuten Opgaven 5-9 15 minuten Bespreken opgaven 5 minuten Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10

minuten Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5

minuten Opgave 10-11

Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)

Vragen bespreken huiswerk 10 minuten

Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten

Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten

Lezen tot en met 21 opgave 12-14

Les 5

Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten

Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15

minuten Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten Bespreken opgaven 15 en 16

Les 6

Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten

Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten

Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten

Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten

Opgave 17-21

Les 7

Bespreken opgaven 5 minuten Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10

minuten Lezen 24 praktijk 10 minuten Opgave 22-24 15

minuten Bespreken 22-24 5 minuten 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)

Bespreken 25-26 10 minuten In groepje reflectieopdracht bespreken 10

minuten Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5

minuten 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten Opgave 28-32

Les 9

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten

Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten

Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten

Opgave 33-37 reflectieopdracht

Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)

Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10

minuten Opgave 34-39

Les 11

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten

Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten

Reflectieopdracht 15 minuten Opgave 40-41

Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Orieumlntatieopdracht 10 minuten Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10

minuten Opgave 42-43 10

minuten Bekijken 53 (overzicht) Maken 44-47

Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten

Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten

Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten

Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten Opgave 48-52

Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)

Bespreken huiswerk 10 minuten Opgave 53-56 15

minuten Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes)

15 minuten Keuze eindopdracht maken groepjes 10

minuten

Les 15

Eindopdracht afmaken Vragen Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachtenVoor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen

Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo

Absorptie van straling De bedoeling van deze opgave is dat leerlingen rsquoontdekkenrsquo dat licht roumlntgen- en gammastraling elektromagnetische golven zijn De absorptie hangt af van de energie van de deeltjes dat maakt dat licht en gammastraling ongeschikt is voor een afbeelding

Rekenen aan absorptie Deze opgave is een vervolg op de voorgaande Er wordt kennis gemaakt met het begrip halveringsdikte en verschillen tussen bot en weefsel Voor de poot van een olifant moeten de deeltjes meer energie hebbenVoor het rekenwerk is gekozen voor een eenvoudige formule I = I0∙05n In de nabespreking kan de formule voor n afgeleid worden

Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen

Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak

Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen

Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien

In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt

A (t )=A(0) ∙05n en N ( t )=N (0) ∙05n met n het aantal halveringstijden Voor n wordt

een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn

De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos

Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging

b 2

c 1

d 6 en 8

e 6

f 10

g 5 en (het tweede deel van) 9

h 4

i 3

j 8

Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is

Waar komt de straling vandaan De koolstof-14-methode is een expliciete context voor het examen Omdat deze methode niet direct past bij medische beeldvorming vormt C-14 in deze opgave een deel van de natuurlijke stralingDoel van de opgave is ook om te benadrukken dat er in de natuur veel stralingsbronnen zijn Sommige van die bronnen worden voortdurend aangemaakt zoals C-14 en radongas De rol van radongas dat een vrij behoorlijke bijdrage aan de achtergrondstraling levert is interessant maar geen examenstof

Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd

Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek

Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie

De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute

Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen

Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

UitwerkingenDe uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren

Hoofdstuk 1

1 Elektromagnetisch spectrum (1)Hoe hoger de frequentie des te korter de golflengte Gammastraling heeft de hoogste frequentie en dus de kortste golflengte De volgorde wordt gammastraling ndash roumlntgenstraling ndash ultraviolette straling ndash blauw licht ndash rood licht ndash infrarode straling ndash radiogolven

2 Elektromagnetisch spectrum (2)a Transversaal De trilling van elektrische en magnetische velden is loodrecht op de

voortplantingsrichtingb Ultraviolette straling heeft de hoogste frequentie want de golflengte is korterc Fotonen van roumlntgenstraling hebben grotere energie want de frequentie is hoger

(E=h∙f)

3 Rekenen met golflengte en frequentiea De golflengte λ is 0122 m De lichtsnelheid is 300∙108 ms Uit c = λ∙f volgt

f= cλrArr f =3 00 108

0 122=2 45 109 Hz=2 45GHz

bλ= c

frArr λ=3 00 108

20 1018 =15 10minus10m=0 15nm

4 Rekenen met energie van een fotona De golflengte is 50010-9 m Eerst de frequentie berekenen

f= cλrArr f = 3 00 108

05 00 10minus9 =6 00 1016 Hz De energie van het foton is E=h∙f=66310-

34 6001016 = 39810-17 Jb E=30∙10-19 J160∙10-19 JeV=188 eVc Zie tabel 19A De kleur is rood

sect 12

5a De frequentie van de elektromagnetische golven is hoog De fotonen hebben dus veel

energie Die zeer grote energie kan door atomen niet gemakkelijk opgenomen worden dus kunnen de fotonen door vele atomen heen gaan

b Uiteindelijk zal die energie in warmte worden omgezet De temperatuur van het materiaal stijgt een klein beetje

6 Halveringsdiktea Halveringsdikte is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de oorspronkelijke

stralingsintensiteit wordt doorgelatenb Na eacuteeacuten halveringsdikte is er nog de helft van de stralingsintensiteit over Na twee

halveringsdiktes is daacuteaacutervan nog de helft over dus 25 c Een stof met kleine halveringsdikte zal de roumlntgenstraling sterker absorberend Bot absorbeert meer roumlntgenstraling de halveringsdikte is dan kleiner

7 Rekenen met halveringsdikte

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

a 125 is 18=(12)3 Het weefsel is dus drie halveringsdiktes dik De dikte is 3∙37 = 11 cm

b 74 cm is 2 halveringsdiktes er wordt dus een kwart van de stralingsintensiteit doorgelaten Dus 25

c 20 cm is 54 halveringsdiktes (2017=54 de halveringsdikte past er 54 keer in) Er geldt dus I = 100(frac12)54 = 24

8Bij d12 = 20 en x = 80 geldt I = 100(12)4 = 625 In de grafiek staat 70 De halveringsdikte moet dus iets groter zijn Proberen geeft d12 = 21 cm Oplossen kan ook 10005n = 70 met behulp vna intersect op de grafische rekenmachine geeft n = 384 halveringsdikte d12 = 80384 = 21 cm

9Roumlntgenstraling heeft een groot doordringend vermogen en kan door weefseld heendringen Alleen is voor weefsels als botten de absorptie groter dan bij zachte weefsels De botten komen dus in een lichtere grijstint op het fotonegatief

sect 13

10 Vastleggen van het beelda Bij een gewone fotografische plaat zullen de meeste roumlntgenfotonen door de plaat

heenvliegen zonder een reactie teweeg te brengen Om dan een goede foto te krijgen heb je veacuteeacutel straling nodig en dat is niet zo gezond voor de patieumlnt

b Een fosforscherm is dikker dan een fotofilm In het fosforscherm veroorzaakt een roumlntgenfoton een lichtflitsje van zichtbaar licht dat de fotografische plaat belicht

c Een digitaal scherm maakt het mogelijk om fotorsquos digitaal op te slaan en te verzenden via internet Het kan steeds opnieuw gebruikt worden het contrast is beter en je hebt minder roumlntgenstraling nodig om een goede foto te krijgen

11 Angiografiea Bloed en zachte weefsels bestaan voornamelijk uit water en hun dichtheden

verschillen maar weinig Beide zullen ongeveer evenveel roumlntgenstraling absorberen Door een contraststof in het bloed wordt de dichtheid van het bloed flink anders dan die van het omringende weefsel

b Men maakt eerst een maskerbeeld zonder contraststof te gebruiken Daarna maakt men nog een foto maar dan met constraststof Dit is het contrastbeeld Vervolgens worden digitaal bij elke pixel de grijswaarden van maskerbeeld en contrastbeeld afgetrokken Waar het verschil praktisch nul is wordt de pixel wit Is er wel een duidelijk verschil dan is de pixel zeer donker

c Als de patieumlnt van plaats veranderd is zijn masker- en contrastbeeld te sterk verschillend De grijswaarden van beide fotorsquos worden pixel voor pixel van elkaar afgetrokken Als er flinke verschillen tussen maskerbeeld en contrastbeeld zijn krijg je een heleboel zwart te zien en is de foto bedorven

Hoofdstuk 2

sect 21 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

12 Het atoom Aluminium-27a Zie tabel 25 van Binas het atoomnummer is 13 dus er zijn 13 protonen in de kernb Het massagetal = het totale aantal kerndeeltjes is 27 Er zijn dus 27 ndash 13 = 14

neturonen

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

c Bij een neutraal atoom is het aantal elektronen even groot als het aantal protonen Er zijn er dus 13

13 a Er zijn 28 protonen Het atoomnummer is 28 Er is sprake van nikkel Het totale

aantal kerndeeltjes is 28 + 30 = 58 Je noteert dus 2858 Ni

b Het atoomnummer is gelijk aan de lading in de kern De lading van het elektron is negatief

c neutron n01 proton p1

1 alfa-deeltje α24 of He2

4

d positron e10

14 IJzer (56 Fe )

a Er zijn 56 kerndeeltjes is elk ongeveer 16710-27 kg wegen De massa van de kern is dus 56∙16710-27 = 93510-26 kg

b Er zijn 26 protonen in de kern (zie tabel 25) dus ook 26 elektronen De totale massa van de elektronen is dus 26∙9110-31 = 2410-29

Het verhoudingsgetal is

massa_ker nmassaelektronen

=9 35 10minus26

24 10minus29 =40 103

De kern is ongeveer vierduizend keer zo zwaar als de elektronenwolk

c De massa van het ijzeratoom is 93510-26 kg (Je kan de massa van de elektronenwolk verwaarlozen als je die wel meerekent is het verschil binnen de significante cijfers niet te zien) 800 gram ijzer is 0080 kg Er zijn dus 008093510-26 = 861023 atomen ijzerAls je met de mol kan rekenen kan je het ook zo doen 80 gram ijzer = 8056 = 143 mol ijzer Eeacuten mol bevalt 6021023 atomen Er zijn dus 143∙6021023 = 861023 atomen

sect 22 Maak gebruik van tabel 25 van Binas

15 Radium (226 Ra )

a Zie tabel 25 alfa en gammastraling

b 88226 RarArr 2

4 He+ 86222 Rn

c Ja het isotoop Rn-222 zendt ook alfastraling uit

d 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

16 Vervalsreacties

a Het isotoop Mo-99 zendt betastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+4399 Tc

b Het isotoop H-3 (tritium) zendt ook betastraling uit 13 HrArrminus1

0 e+23 He

c Het isotoop Po-210 zendt alfastraling uit 84210 PorArr 2

4 He+ 82214 Pb

sect 23

17 Calcium-47

a Het isotoop Ca-47 zendt betastraling uit 2047 CarArrminus1

0 e+ 2147 Sc

b Zie binas 454 dagenc 240 h = 100 dag Dat geeft n= 100454 = 0225 halveringstijden en A =

10∙106050225 = 856∙105 Bq = 856 kBqd Invullen van A(t) = A(0)∙05n geeft 5 = 100005n Oplossen met de GR geeft n =

7644 halveringstijden Dus t = 7644454 = 377 dagen

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

18 Technetium-99ma Een halveringstijd verder in de tijd is de activiteit de helft van wat hij nu is Als je

terugrekent is lsquoeen halveringstijd geledenrsquo de activiteit het dubbele van wat hij nu is In dit geval moet je twee halveringstijden terug Dusnu 20 kBq60 uur geleden 40 kBq120 uur geleden 80 kBq

b Er geldt hier A(t) = 80∙10sup305n = 100 Oplossen met de GR geeft n = 632 dus t = 63260 = 38 uur

19 Halveringstijda Je kan aflezen dat na 25 uur er nog een kwart van de activiteit over is dan zijn we

twee halveringstijden voorbij Thalf is dus ongeveer 125 uurb Het rijtje is

Begin 100001 Thalf 50002 Thalf 25003 Thalf 12504 Thalf 625 Dat is dus 50 uur na het begin

c De halveringstijd is dan ook 125 uur De beginwaarde is het aantal stabiele kernen op t=0

d Per seconde verdwijnen gemiddeld 7000 kernen na 45000 s zijn 315∙108 kernen vervallen Dat is de helft van de beginwaarde dus N(0) = 63∙108 kernen

e Neem bv ∆t = 1 Invullen geeft N(1) = 65∙10805^(145000) = 649989988 dus ∆N = -10012 en A = 100∙104 Bq = 100 kBq Een andere methode is met de GR Y1 = 65∙10805^(X45000) en CALC dydx met X=0

20 Halveringstijd en activiteita De halveringstijd van P-33 is 25 dagen Die van S-35 is 872 dagen De zwavelisotoop

heeft een langere halveringstijd en is dus stabieler Er waren evenveel kernendus de activiteit van P-33 is groter

b Na 300 dagen is de situatie waarschijnlijk omgekeerd van het fosforisotoop zijn 12 halveringstijden voorbij van het zwavelisotoop ongeveer 3 Dat betekent dat er bijna geen P-33 over zal zijn en dus de activiteit zeer laag is Het isotoop S-35 zal de grootste activiteit hebbenMet formules die in de opgaven bij sect 24 staan kan je het eventueel narekenen De activiteit van S-35 is na 300 dagen 107 maal zo groot als die van P-33

21 Stralende patieumlnt

Gebruik A( t )=A (0 )( 1

2 )t Thalf

nu is A(t) = 010 = 00010 en A(0) =100 = 100 De tijd is onbekend De halveringstijd Thalf = 60 h

0 0010=100 ( 12 )

t60 rArr( 1

2 )t

60=0 0010Met de GR vind je de tijd 598 uur = 60 uur

Het kan ook met een lsquorijtjersquo en kijken wanneer je uitkomt onder de 0001Begin 11 halfwaardetijd 052 halfwaardetijden 0253 halfwaardetijden 01254 halfwaardetijden 00625

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

5 halfwaardetijden 0031256 halfwaardetijden 00156257 halfwaardetijden 000781258 halfwaardetijden 0003906259 halfwaardetijden 000195312510 halfwaardetijden 00009765625 dat is genoeg dat is dus na 10 keer 60 uur is 60 uur

sect 24

22 a Gammastraling heeft een geringe ioniserende werking en richt in het lichaam

niet te veel schade aan Verder heeft gammastraling een groot doordringend vermogen en kan daardoor gemakkelijk vanuit het lichaam naar buiten komen

b De bedoeling is dat de radioactieve stof in tumoren terecht komt De stofwisseling in een tumor is actiever dan in omringende weefsels en daar zal de radioactieve stof terecht komen Als de patieumlnt veel beweegt zal de radioactieve stof vooral in de actieve spieren terecht komen en dat is niet de bedoeling

23 Reactievergelijkingen

a Het isotoop Mo-99 zendt begravetastraling uit 4299 MorArrminus1

0 e+ 4399m Tc Er ontstaat Tc-99 in de

aangeslagen toestandb Het isotoop Tc-99 zendt begravetastraling uit 99

43 Tc--gt 0-1 e+99

44 Ru

24 Activiteit en halveringstijda Het is gegeven dat N(0) = 501011 Thalf =60 h = 60∙3600 = 216104 s Invullen in

de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 693216 104

50 1011=16 107

Bqb De halveringstijd van Tc-99 is 22105 jaar = 22105∙36525243600 = 691012 s

Invullen in de gegeven formule levert

A(0 )=0 693T half

N (0 )= 0 69369 1012

50 1011=0 050Bq Dus eacuteeacuten vervalsreactie in de 20

secondenc Voor de patieumlnt is zorsquon geringe activiteit niet schadelijk

25 Chroom-51a Het massagetal moet zijn 51 en het atoomnummer 24-1 = 23 Dat is vanadium Het

wordt dus 2351 V

b De activiteit is 50 kBq = 50104 Bq = A(0) De halveringstijd is 275 dagen = 275243600 = 238106 s

A(0 )=50 104=0 693T half

N (0 )= 0 693238 106 N (0 )=2 92 10minus7 N (0 )rArr N (0 )= 50 104

292 10minus7=1 711011

c Eeacuten atoom Cr-51 weegt 51 u = 5116610-27 = 84710-26 kg Er zijn 1711011 atomen dus de massa is 171101184710-26 = 14510-14 kg Er is dus maar heel weinig radioactieve Cr nodig voor nucleaire geneeskunde

d (We veronderstellen dat de chroom na die tijd nog steeds in het lichaam aanwezig is in werkelijkheid is het dan grotendeels door de nieren uit het bloed verwijderd) Het aantal halveringstijden is 330275=12 Er is over (12)12 van het aantal in het begin dus 14096∙117∙1011=286∙107

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

26 Fluor-18a Zie tabel 25 van Binas Het atoomnummer van fluor is 9 Er zijn dus 9 protonen in de

kern Er zijn 18 kerndeeltjes dus er zijn 18-9 = 9 neutronen

b Het isotoop F-18 zendt een positron uit Dus 918 FrArr 1

0 e+ 818 O

c Het voordeel is dat een preparaat met F-18 niet zo snel uitgewerkt is Je zou het eventueel per vliegtuig naar een ander land kunnen brengen en daar gebruiken

d Het nadeel is dat het vrij lang duurt voordat het isotoop is uitgewerkt Het blijft ook na het onderzoek een tijdje stralen

e 55 uur=330 minuten Dat is drie maal de halveringstijd Er is dus (12)3=0125 over Dat is 125

27 Energie van de gammafotonena Er verdwijnt 2x de massa van een elektron dus 2 91110-31 kg = 18210-30 kg

Volgens de formule E = m∙c2 is de energie die vrijkomt bij de annihilatie E = 18210-30(300108)2 = 16410-13 J

b De energie van eacuteeacuten foton is de helft daarvan dus 81910-14 J

Hoofdstuk 3

sect 31 28 Geabsorbeerde stralingsenergie Het dosisequivalent is 20 mSv = 0020 Sv Voor begraveta- en gammastraling is de

weegfactor 1 dus de dosis is ook 0020 Gy D= E

mrArr0 020= E

75 E = 0020∙75 = 15 J

29 Straling tengevolge van 40 K (zie tabel 25 Binas)

a Het isotoop K-40 zendt begravetastraling uit 1940 KrArrminus1

0 e+2040 Ca

b In tabel 25 is gegeven dat er bij de reactie 133 MeV energie vrijkomt dat is dus 133∙16010-13 = 21310-13 J

c De halveringstijd van K-40 is 128 miljard jaar De afname van de activiteit in eacuteeacuten jaar is dan te verwaarlozen

d De activiteit is 48103 Bq In een jaar zijn 36525∙24∙3600 = 316107 s Het aantal vervalsreacties een jaar is dus 316107∙48103 = 151011 De energie die dan

vrijkomt is 151011∙ 21310-13 = 0032 J De dosis is dan D= E

m= 0 032

30=11 10minus3

Gy = 11 mGy (omdat de weegfactor voor begravetastraling 1 is is het dosisequivalent 11 mSv)

30 Alfa-straling

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

In een kerncentrale wordt een werknemer blootgesteld aan -straling Het lichaam absorbeert hierbij 015 J stralingsenergie De werknemer heeft een massa van 70 kg Hoe groot is het ontvangen dosisequivalent

31 Radongas in de buitenluchtDe radioactieve radonisotoop Rn-222 wordt in de aardkorst gevormd door het verval van andere radioactieve isotopen Daardoor bevat de buitenlucht en dus ook de longen van de mens een kleine hoeveelheid radioactief radongas Dit radongas geeft bij het radioactief verval in de longen een stralingsvermogen van 53middot10-14 W af

a Radon zendt alfastraling uit 86222 RnrArr 2

4 He+ 84218 Po

b Energie is 5486 MeV = 878∙10-13 Jc Het vermogen is 53middot10-14 Js De activiteit is dus 53middot10-14 878∙10-13 = 0060 Bqd Een jaar is 315∙107 s De afgegeven energie is dan 315∙107 s 53middot10-14 Js =

167∙10-6 J

D= Em

=167 ∙10minus6

015=111 ∙10minus5Gy Dosisequivalent H = Q∙D = 20111∙10-5 = 022

mSve De vervalproducten van radon zijn ook radioactief en hechten zich makkelijker aan

het longweefsel

32 Longfotoa Het dosisequivalent is 010 mSv = 000010 Sv De weegfactor is 1 dus de dosis is

000010 de bestraalde massa is 40 kg D= E

mrArr 0 00010= E

40 E = 000040 Jb 010 MeV = 01016010-13 (zie opgave 29) = 16010-14 J

c Het aantal geabsorbeerde fotonen =

Egeabsorbeerd

Evaneen foton

= 0 00040160 10minus14 =25 1010

sect 32

33 Achtergrondstraling

De achtergrondstraling is 25 mSv per jaar dus per 365 dagen 10 dagen is

10365

=0 027

jaarHet dosisequivalent van eacuteeacuten roumlntgenfoto is 0027∙25 = 0068 mSv

34 Halveringsdiktea Er is 125 over Dat is 18 deel dat is (12)3 Die laag van 33 centimeter komt dus

overeen met drie halveringsdiktes De halveringsdikte is 11 cmb Kijk in Binas tabel 28E bij beton de energie van de gammafotonen is tussen de 50

Mev en 100MeV

35 Stralingsbescherminga De dikte x van de laag is 055 mm = 0055 cm De halveringsdikte van het lood is

00106 cm (zie Binas tabel 28E) De dikte komt overeen met 5 halveringsdiktes (een klein beetje meer) Er is dus 132 deel over dat is 31 Omdat de dikte iets meer is is er een klein beetje minder over We ronden het af op 3 over 97 tegengehouden

b Het vermogen is 015 μW = 1510-7 W In 25 s is de hoeveelheid stralingsenergie 25∙1510-7 = 37510-6 J Daarvan wordt 73 geabsorbeerd dus de geabsorbeerde energie is 073∙37510-6 = 2710-6 J De bestraalde massa is 12 kg De dosis is

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

D= Em

=27 10minus6

12=23 10minus7

Gy (Dat levert 023 μSv dosisequivalent niet dramatisch veel)

36 Koolstofdateringa Er is 5160 jaar verstreken dat is 51605730 = 090 halveringstijd b N = 10005090 = 536 Vervallen is dus 100 ndash 536 = 454

37 Natuurlijke radioactiviteita C-14 β-straler met t12 = 5730 jr K-40 β-straler (en γ) met t12 =

128∙109 jRa-226 α-straler (en γ) met t12 = 16∙103 j Rn-222 α-straler met t12 = 38 dg

b C-14 vervalt langzaam en is dus minder gevaarlijkK-40 vervalt uiterst langzaam en is dus niet gevaarlijkRa-226vervalt lsquosnelrsquo maar vooral vanwege hoog ioniserend vermogen en weegfactor

gevaarlijkRn-222 vervalt snel en dan ook nog eens via α Duidelijk de gevaarlijkste

Hoofdstuk 4

sect 41 zie ook tabel15 van Binas

38 Varen varena Echolood met behulp van geluid wordt de diepte van het water bepaald

Geluidsgolven worden uitgezonden vanaf het schip en kaatsen op de bodem terug Uit de tijd dat de golven onderweg zijn geweest kan de diepte van het water berekend worden Volgens hetzelfde principe wordt de plaats van een foetus in de baarmoeder bepaald

b De geluidssnelheid in zeewater van 20 oC is 151103 ms (zie Binas tabel 15A) De tijd dat het geluid onderweg was is 33ms = 0033 s De afstand die door het geluid is afgelegd is dan 151103 0033 = 498 m Die afstand is tweemaal de diepte van het water (het geluid gaat heen en terug) De diepte is dus 498 2 = 249 m = 25 m (2 sign cijfers)

c Het geluid legt dan een afstand van 2 ∙ 45 = 90 m af De tijd daarvoor nodig is t=sv=90151103 = 00596 s = 596 ms = 60 ms

39 Ultrageluid a Zie tabel 27C van Binas de frequentie van het hoorbare geluid zit (ongeveer) tussen

de 20 en 20103 Hzb Zie tabel 15D van Binas de intensiteit is 3104 Wm2 dan zit je ergens bij de 160 dBc De echorsquos van het geluid zijn vrij zwak om een goede ontvangst van teruggekaatst

geluid te krijgen moet de transducer erg intens geluid uitzendend Hoorbaar geluid van 160 dB zouden je oren in een keer volkomen vernielen Het is

maar goed dat het geluid bij echografie onhoorbaar ise Gebruik de formule v = λ f De geluidssnelheid is 154103 ms de golflengte is

00015 mDus 154103 = 00015 ∙f f = 15410300015 = 103106 Hz = 10106 Hz

fT= 1

f= 1

1 03 106=9 74 10minus7

s = 097 μs

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

40 Resolutiea v = λ f De frequentie f is 25106 Hz Dus 1540 = λ25106 λ = 154025106 =

61610-4 m = 062 mm Details met afmeting van 062 mm kunnen nog zichtbaar gemaakt worden

b v = λ f De frequentie f is nu 10106 Hz Dus 1540 = λ10106 λ = 154010106 = 15410-4 m = 015 mm (je kan ook redeneren de f is 4x zo groot geworden de λ is dus 4x zo klein dus 61610-44 = 15410-4 m)

c Het geluid van 10 MHz stelt je in staat om de kleinste details te ziend Als de frequentie erg hoog is wordt het geluid in het lichaam sterk gedempt Het

geluid kan dan niet diep in het lichaam doordringen

41 Pulsfrequentiea Als de pulsen elkaar te snel opvolgen dan wordt de volgende puls al uitgezonden

voordat de vorige ontvangen is De echoacutes worden dan niet goed opgevangenb Het uitzenden van de puls duurt 4 trillingstijden van het geluid

T=1f= 1

3 00 106=3 33 10minus7

s De duur is dus 4 33310-7 = 13310-6 s = 133 μsc Het geluid legt een afstand van 2 25 = 50 cm = 050 m af De snelheid van het

geluid is 154103 ms De tijd is t= afstandsnelheid=0501540=0000325 s=325 μs Na 13 μs wordt de lsquostaartrsquovan de geluidspuls uitgezonden 325 μs later is die lsquostaartrsquoterug bij de transducer Dat is dus op t = 326 μs

d De trillingstijd van de geluidspulsen moet minimaal 326 μs zijn De frequentie dus

maximaal f= 1

T= 1

326 10minus6=3 07 103

Hz dus 31 kHz

42 Breking van lucht naar watera De brekingsindex is gelijk aan n=vlucht vlwater= 343 1484=0231b sin i sin r = n invullen sin 10deg sin r= 0231 dus sin r= (sin 10deg)o23=01740231=075 Met de inverse sinus vind je dat de hoek r=49degc De hoek tussen de normaal (de stippellijn) en de geluidsstraal is 49 gradend We berekenen de grenshoek De hoek van breking is dan 90deg Er geldt sin gsin 90deg=0231 dus sin g=0231 en de hoek zelf is 134 deg Bij grotere hoeken van inval wordt al het geluid teruggekaatste De frequentie blijft gelijk Omdat v=λ∙f geldt dat als de snelheid v 1484343= 43 maal zo groot wordt dat dan de golflengte ook 43 maal zo groot wordt De uitkomst is 43 cmf Veel stralen weerkaatsen meteen aan het eerste oppervlak Er ontstaat daardoor geen beeld van het inwendige

43 Echoa v = λf dus λ = vf = 154103 250106 = 61610-4 m = 0616 mmb Het geluid legt in weefsel I bij elkaar 24 cm af De snelheid is 154103 ms Het geluid wordt door de transducer terugontvangen op t = 0240154103 = 15610-4 s = 0156 msc [Er staat geen c-tje voor de opgave Waar c staat moet d staan de vraag zonder letter daarboven is vraag c] Voor het 2 keer passeren van weefsel I is 0156 ms nodig (zie vraag b) Er is dus 0400 ndash 0156 = 0244 ms nodig geweest om 2 keer door weefsel II te gaanafstand = snelheid tijd 2x = 160103 024410-3 = 0390 m x = 0195 m = 195 cmd Ja geluid kan bv eerst op grensvlak 2 terugkaatsen dan weer op grensvlak 1 en weer op grensvlak 2 en dan naar de transducer gaan In de praktijk zal zorsquon derde echo nauwelijks storend zijn omdat de intensiteit van dat geluid heel erg klein is

sect 42

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

44 Meting stroomsnelheida Als de frequentie van het teruggekaatste geluid lager is dan die van het uitgezonden

geluid betekent dat dat het bloed van de waarnemer af beweegt Als de frequentie van het teruggekaatste geluid hoger is beweegt het bloed naar de waarnemer toe

b De troebele urine gedraagt zich meer als een vast weefsel minder als een vloeistof Het verschil tussen urine in de blaas en de omgeving is klein er is minder weerkaatsing dan bij heldere urine

c Voor urine die stil staat in de blaas is de waarde 0 er is geen verschil in frequentied De hoeveelheid urine in de blaas is niet bekend

sect 43

45 Voors en tegensa Bij redelijke verschillen in geluidssnelheid tussen weefsels is echografie geschikt Niet voor weefsels met veel lucht zoals de longen want daar is de geluidssnelheid te klein of voor bot daar is de geluidssnelheid te grootb Zonder ioniserende straling wordt een beeld gevormd Dit beeld is er dirct er hoeft geen foto te worden ontwikkeldc Deze techniek is niet voor alle weefsels geschikt

Hoofdstuk 5

sect 51

46 CT-scansa Bij een CT-scan draait een roumlntgenapparaat om de patieumlnt er worde op deze manier dwarsdoorsneden gemaaktb Bij een klassieke roumlntgenfoto wordt het lichaam van eacuteeacuten kant doorgelicht bij een CT-scan van alle kanten

sect 52

47 Een supergeleidende spoela Omdat supergeleidende materialen geen weerstand hebben De draad van de spoel is

zeer lang en uiterst dun maar de weerstand ervan is 0b Het kost wel energie want je moet voortdurend zorgen voor een zeer lage

temperatuur omdat er anders geen supergeleiding is Voor het MRI-apparaat is een flinke koelmachine nodig

c Je wekt radiogolven op daarmee zorg je dat de kernen in het wefsel van de patieumlnt ook radiogolven gaan uitzenden Het opvangen daarvan is de tweede manier waarop je radiogolven gebruikt

sect 53

48 Technieken voor medische beeldvorminga De technieken zijn roumlntgenfoto ct-scan nucleaire geneeskunde (SPECT en de PET-

scan) echografie en de MRI-scanb Bij de roumlntgenfoto en de ct-scan wordt roumlntgenstraling gebruikt

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

c Bij de echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktd Bij de nucleaire geneeskunde (en de PET-scan) worden radioactieve stoffen gebruikte De MRI-scan is de duurste f De MRI-scan en de ct-scan brengen zachte weefsels goed in beeldg Geacuteeacuten beeld wordt gemaakt bij nucleaire geneeskunde SPECT en PET-scanh Het meest in aanmerking komt de echografie gemakkelijk te vervoeren geen

gevaarlijke straling apparaat vraagt geen groot elektrisch vermogen Beslist niet MRI-scan het apparaat is te duur te zwaar en te groot onderzoek duurt te lang

49 Gebruik van techniekena Men zou het hele lichaam met een gammacamera kunnen onderzoeken Nucleaire

geneeskunde (SPECT)b Echografie geen gevaarlijke straling voor zover bekend geen schadelijke

bijwerkingenc In aanmerking komt een ct-scan(roumlntgenfoto geeft te weinig contrast echografie

werkt niet in de longen) Een MRI-scan zou ook kunnen maar is duurderd Hier komt (doppler)echografie in aanmerking om de stroomsnelheden van het bloed

te meten Eventueel ook is onderzoek met de MRI-scan mogelijke Het beste is echografie men kan dan in real time zien wat er gebeurt als de knie

gebogen wordt Is het echogram nog te onduidelijk dan zou een MRI- of ct-scan in aanmerking kunnen komen

f Als het op een roumlntgenfoto niet of niet goed te zien is komt nucleaire geneeskunde of een ct-scan in aanmerking

g Het beste is een DSA-roumlntgenfoto Dan zijn bloedvaten goed te zien

50 Combinatie van techniekena Het beeld van de hersenen is gemaakt met een 3D-MRI-scan of 3D-ct-scanb De kleuring is het resultaat van nucleaire geneeskunde (SPECT of PET-scan)

Daarmee kan nagegaan worden waar in de hersenen grotere activiteit is

51 Stressa Bij MRI de sterke magneet (je mag geen ijzer aan je lichaam hebben) Je ligt in een

nauwe tunnel het duurt vrij lang en het apparaat maakt veel lawaaib CT-scan ook hier lig je in een ring Je moet vanwege de roumlntgenstraling tijdens de

scan geheel alleen liggen in de onderzoeksruimte Er is een zeker risico tengevolge van de straling

c Nucleaire geneeskunde je krijgt een radioactieve stof ingespoten met een speciale injectie Omdat je zelf straling uitzendt zal het ziekenhuispersoneel zoveel mogelijk bij jou uit de buurt moeten blijven Je ligt lange tijd alleen totdat de ergste straling is uitgewerkt

d De vraag is wat volgens jouzelf de beste methode is dus dit kunnen we niet beantwoorden Eeen antwoord in de trant van ldquoDe patieumlnt moet goed weten wat er gaat gebeuren en waar het voor isrdquo is een mogelijk antwoord

Hoofdstuk 6

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

sect 61

52 Hoe groot zijn pixelsa Bij kleurenfotorsquos wordt voor drie (rood groen blauw) kleuren een kleurwaarde

opgeslagen Voor elke kleur eacuteeacuten byteb Er zijn 7001024 = 717103 bytes Voor een pixel is 3 bytes nodig dus zijn er

7171033 = 239103 pixels De oppervlakte van de foto is 235154 = 362 cm2 De oppervlakte van eacuteeacuten pixel is dus 362239103 = 15110-3 cm2 = 0151 mm2

c Het pixel is vierkant dus de afmeting = radic0 151=0 389mmd De lengte is 20 cm Op die lengte zijn 512 pixels Dus de lengte van eacuteeacuten pixel is

20512 = 0039 cm = 039 mm

53 Hoeveel megabytea Bij 12 bits is het aantal mogelijke grijswaarden 212 = 4096b Het aantal pixels is 20482048=4194304 Per pixel is 12 bits = 15 byte nodig dus

het aantal bytes is 6 291 456 Eeacuten megabyte is 10241024 = 1 048 576 bytes Het aantal megabytes is dus 6 291 4561 048 576 = 600

c 47 GB = 47 1024 MB = 48103 MB Daar kunnen 481036 = 800 fotorsquos op

54 Lage resolutiesa Bij nucleaire geneeskunde is het niet de bedoeling om een mooi beeld van organen te

maken En de resolutie van de gammacamera (die door de collimator bepaald wordt) is ook niet geweldig Om een nauwkeurig computerbeeld te maken van een onnauwkeurig beeld dat uit de gammacamera komt is niet zo nuttig

b Bij echografie is het gewenst om real time beelden te maken zodat men interactief te werk kan gaan Om een snelheid van ca 25 beelden per seconde te halen moet de resolutie niet te groot zijn

55 Resolutie en helderheidc Ja want soms wil je een stukje van de digitale roumlntgenfoto lsquoopblazenrsquo en dan is het nuttig als de details van dat vergrote stuk foto er goed op te zien zijn

d Als je alles een grotere helderheid (meer naar het wit toe) wil geven moet je de grijswaarden van de pixels verhogen

56 Contrasta Nadeel van een te klein contrast is dat alles ongeveer even grijs is Structuren zijn

dan niet goed te zien Het beeld maakt een wazige indrukb Bij longfotorsquos zijn de zachte weefsels van de longen niet goed van elkaar te

onderscheiden Door het contrast van de foto te verhogen kan je dat flink verbeterenc Nadeel van een te groot contrast is dat lichte structuren volledig wit en donkere

structuren volledig zwart worden Details ervan zijn dan niet meer te zien

sect 62

57 Het negatief van een beeld makenWit is grijswaarde 255 zwart is grijswaarde 0 Als je van iets wits iets zwarts wil

maken moet je van 255 de grijswaarde aftrekken Dus nieuwe grijswaarde = 255 ndash oude grijswaarde

58 Ruisonderdrukkinga De grijswaarde 250 wijkt zeer sterk af van die van de omringende pixelsb Gemiddelde = (100 + 120 + 140 + 100 + 250 + 120 + 90 + 80 + 70)9 = 10709 =

119 De grijstint is bijna die van de pixel met grijswaarde 120c Zet de grijswaarden van de 9 pixels op volgorde 70 80 90 100 100 120 120 140

250 De middelste van het rijtje is grijswaarde 100 De mediaan is 100 De grijstint is die van het pixel met grijswaarde 100 (dus iets donkerder dan bij vraag b)

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

59 Randdetectie en randvervaginga De werkwijze is

I verandering van grijswaarde = 4 oude grijswaarde ndash boven ndash beneden ndash links ndash rechts EnII nieuwe grijswaarde = oude grijswaarde + verandering van grijswaardePixel A verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 240Pixel B verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -120 = 120 De grijswaarde wordt 240 + 120 = 360 Omdat grijswaarden niet groter dan 255 kunnen worden wordt dat dus 255 (wit)Pixel C verandering 4120 ndash 120 ndash 120 - 240 -120 = -120 De grijswaarde wordt 120 + (- 120) = 0 (zwart)Pixel D verandering = 4240 ndash 240 ndash 240 -240 -240 = 0 De grijswaarde blijft 120

b De figuur komt er zoacute uit te zien240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

240

240A

255B

0 120D

120

240

240

255

0 120

120

240

240

255

0 120

120

c Pixel A je ziet dat het middelde 240 isPixel B het gemiddelde is (6240 + 3120)9 = 18009 = 200Pixel C het gemiddelde is (3240 + 6120)9 = 144019 = 160Pixel D je ziet dat het gemiddelde 120 is

d De figuur komt er nu zoacute uit te zien

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

240

240A

200B

160C

120D

120

240

240

200

160

120

120

240

240

200

160

120

120

60 Welke bewerkinga In de oorspronkelijke figuur was alles nogal grijs In de bewerkte figuur zijn wit en

zwart duidelijker te zien Er is sprake van contrastvergrotingb In de bewerkte figuur zijn alleen de randen zwart De rest is zeer licht grijs of wit Er

is gewerkt met een soort randversterking

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

c In de bewerkte figuur is alles wat wit was zwart geworden en omgekeerd Van het beeld is het negatief gemaakt

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Diagnostische toets1 Technieken beeldvorminga Waarom heb je aan eacuteeacuten beeldvormende techniek niet genoegb Welke technieken geven een vrij onduidelijk beeld van organenc Welke technieken geven juist een zeer goed beeldd Welke technieken geven geen beeld van organene Bij welke technieken worden radioactieve stoffen gebruiktf Bij welke technieken wordt geen ioniserende straling gebruikt g Bij welke technieken loopt de patieumlnt de hoogste stralingsdosis op

2 DefinitiesGeef de definitie van de volgende grootheden en geef een bijbehorende eenheida Halveringstijdb Activiteitc Halveringsdikted (Geabsorbeerde) dosise Dosisequivalent

3 StralingBijna alle beeldvormingtechnieken maken gebruik van stralingGeef een korte beschrijving van elk van de volgende soorten straling Geef de soort straling aan geef aan wat het is uit welke deeltjes het bestaat en bij welke techniek van beeldvorming ze gebruikt wordt

a) Roumlntgenstralingb) Alfastralingc) Gammastralingd) Radiogolvene) Begravetastralingf) Beantwoord dezelfde vragen voor ultrageluid (is dus geen straling)

4 Beperkingen van de techniekena) Waarom kan je bij echografie niet in de longen kijken b) Waarom is bij het maken van een roumlntgenfoto van de darmen een

contrastvloeistof nodigc) De kleine resolutie bij nucleaire geneeskunde komt door de collimator van de

gammacamera Leg dit uit

5 Roumlntgenfoto a) Waardoor is bij roumlntgenfotografie een lange lsquobelichtingstijdrsquo ongewenstb) Waardoor is een fotografische plaat niet handig om een roumlntgenfoto vast te

leggenc) Waardoor is een fosforscherm beter

6 Echografiea) Wat is de functie van de transducer bij echografie b) Waarom brengt men tussen de transducer en het lichaam een laagje gel aanc) Waardoor is de resolutie bij echogrammen vrij laag

7 RoumlntgenfotoVoor medisch onderzoek wordt roumlntgenstraling gebruikt waarvan de fotonen een energie van 100 keV hebben 1 eV = 16010-19 J

a) Bereken de energie van de fotonen in JDe energie van een foton volgt ook uit de formule E = hf

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

b) Leg uit of een verschil in energie terug te brengen is tot de term h of tot de term f

c) Geef een beredeneerde schatting hoeveel van de roumlntgenstraling geabsorbeerd wordt door 20 cm bot (zie ook Binas tabel 28 E)

Een laag weefsel van 12 cm dikte laat 625 van de roumlntgenstraling door d) Bereken de halveringsdikte van het weefsel

8 Radon-222

In een huis met slechte ventilatie kan de concentratie van radon (222 Rn= Rn-222) een

risico vormen voor de gezondheid Dit gas wordt namelijk uitgewasemd door bouwmaterialen als gips beton en hout

a) Bepaal hoeveel neutronen een kern van Rn-222 bevat

Men kan de activiteit berekenen met de formule A( t )=0 693

thalfN ( t )

Hierin is A(t) de activiteit N(t) het aantal atoomkernen en thalf de halveringstijd in secondenIn een gemiddelde huiskamer in Nederland is de activiteit per m3 48 Bq b) Bereken hoeveel kernen van radon-222 er per m3 zijnNiet het isotoop Rn-222 zelf maar de kortlevende vervalproducten vormen het grootste gevaar voor de gezondheid Radon vervalt in drie stappenc) Geef de vergelijking van elke stap NB bij de tweede reactie is begraveta- of

alfastraling mogelijk voor het eindresultaat maakt dat geen verschil Je hoeft maar eacuteeacuten mogelijkheid te geven

Door inademing van lucht met Rn-222 loopt men per jaar in de longen een dosisequivalent op van 14 mSv Neem voor de weegfactor 20 en voor de massa van de longen 30 kgd) Bereken hoeveel stralingsenergie er in een jaar door de longen is geabsorbeerd

9 Kobalt-60a) Wat is het verschil tussen radioactieve bestraling en radioactieve besmettingZiektekiemen in voedsel (zoals salmonella) worden gedood met gammastraling Daarvoor wordt een stralingsbron van kobalt-60 gebruikt

b) Geef de reactievergelijking voor dit verval van 60 Co

c) Leg uit of het gevaarlijk voor de gezondheid kan zijn om bestraald voedsel te eten

De kobalt-60 bron heeft bij plaatsing een activiteit van 111017 Bq Als de activiteit gedaald is tot 691015 Bq moet de bron vervangen wordend) Bereken na hoeveel jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografie

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 150 MHza) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 530 μs na uitzending opgevangenb) Bereken de dikte van weefsel 1c) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

11 Digitaal beeldEen MRI-beeld heeft een resolutie van 512 x 512 Voor elke pixel is 15 byte nodig

a) Bereken hoeveel kB geheugenruimte voor het beeld nodig isb) Hoeveel van die beelden kan je op een dvd van 47 GB maximaal opslaan

12 Contrast vergroten

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt van een digitaal beeld het contrast 20 vergroten door op elke pixel de volgende bewerking toe te passen

Nieuwe grijswaarde = 12oude grijswaarde ndash 25

B

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Als de grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Als de grijswaarde boven 255 komt wordt hij 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

13 Beeld verscherpen

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

153

153A

127B

100C

75D

75

153

153

127

100

75 75

153

153

127

100

75 75

Je kunt een digitaal beeld scherper maken door een bewerking toe te passen die veel lijkt op randdetectie Eeacuten methode om dit te doen is

-1 -1 -1

-1 9 -1

-1 -1 -1

Dit betekent neem 9x de grijswaarde van de oorspronkelijke pixel en trek er de grijswaarden van alle buren van af Als grijswaarde beneden 0 komt wordt die 0 Een grijswaarde boven 255 wordt 255

a) Voer deze bewerking uit voor de pixels A tm D in de figuur hierbovenb) Schets het resultaat

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Uitwerking diagnostische toets

1 Technieken beeldvorminga) Er is geen enkele techniek die bruikbare beelden van alle lichaamsdelen

levert de ene techniek is voor sommige doelen beter dan de andere (Voorbeelden de CT-scan is goed voor beelden met goed contrast De MRI-scan geeft goede beelden van zachte weefsels de echografie is geschikt voor zwangerschapscontrole de roumlntgenfoto om botbreuken zichtbaar te maken)

b) Roumlntgenfotorsquos en echografie geven een vrij onduidelijk beeldc) De CT-scan en MRI-scan geven een goed beeldd) Nucleaire diagnostiek geeft geen beeld van organen maar maakt

concentraties van radioactieve stof zichtbaare) Bij nucleaire geneeskunde (gammastralers)

(en ook bij de in de extra stof behandelde PET-scan)f) Bij echografie en de MRI-scan wordt geen ioniserende straling gebruiktg) Vrij grote stralingsdosis kan voorkomen bij de CT-scan en nucleaire

geneeskunde

2 Definitiesa) Halveringstijd de tijd waarin de helft van het aantal atoomkernen vervalt

(seconde minuut uur dag jaar etc)b) Activiteit het aantal vervalreacties per seconde eenheid (becquerel Bq)c) Halveringsdikte de dikte van het materiaal waarbij de helft van de straling

wordt geabsorbeerd (cm m hellip)d) Dosis geabsorbeerde stralingsenergie gedeeld door bestraalde massa (gray

Gy of Jkg)e) Dosisequivalent = dosis x weegfactor (sievert Sv of Jkg)

3 Stralinga) Roumlntgenstraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij

roumlntgenfoto en CT-scan

b) Alfastraling heliumkernen (24 He ) wordt niet gebruikt bij medische beeldvorming

c) Gammastraling elektromagnetische golven fotonen Wordt gebruikt bij nucleaire geneeskunde (en de PET-scan extra stof)

d) Radiogolven elektromagnetische golven fotonen met tamelijk lage frequentie Worden gebruikt bij de MRI-scan

e) Begravetastraling bestaat uit snelle elektronen (minus10 e) wordt niet gebruikt bij medische

beeldvormingf) Ultrageluid geluidsgolven met hoge frequentie wordt gebruikt bij echografie

4 Beperkingen van de techniekena) De longen bevatten veel lucht De geluidssnelheid in de longen is daardoor veel

lager dan die in andere weefsels gevolg praktisch al het geluid kaatst bij de longen terug

b) De darmen absorberen roumlntgenstraling bijna even sterk absorberen als de omringende weefsels Zonder contrastvloeistof zouden ze op de roumlntgenfoto dus niet te zien zijn

c) De collimator van de gammacamera heeft niet erg veel gaatjes Daardoor is de resolutie beperkt

5 Roumlntgenfoto

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

a) Een lange acutebelichtingstijdrsquo betekent dat de patieumlnt veel straling binnen krijgt b) De fotografische plaat laat veel roumlntgenstraling door Zo gaan veel fotonen

verloren die voor de beeldvorming moeten zorgenc) Een fosforscherm is dikker Bovendien wordt roumlntgenstraling in het fosforscherm

omgezet in licht en dat belicht de fotografische plaat zonder veel verlies van fotonen

6 Echografiea) De transducer is de zender en ontvanger van het ultrageluidb) Zonder gel komt er lucht tussen de transducer en het lichaam komen Bij een

laagje lucht kaatst praktisch al het geluid terug Je krijgt dan geen bruikbaar echogram

c) De geluidsgolven hebben nog een vrij hoge golflengte (ca 03 mm) Kleinere details dan de golflengte van het geluid zijn niet zichtbaar te maken (Ook wil men vaak met echografie direct het beeld hebben Bij een te grote resolutie is de rekentijd van de computer te lang)

7 Roumlntgenfotoa) 100 keV = 100 000 eV = 100105 16010-19 = 16010-14 Jb) h is een constante dus energie varieert met de frequentie(hoge f grote E)c) 100 keV = 0100 MeV De dikte (20 cm) is vrijwel gelijk aan de halveringsdikte

er wordt ongeveer 50 geabsorbeerdd) 625 = 116 = (12)4

Die 12 cm zijn dus 4 halveringsdiktes de halveringsdikte is 3 cm

8 Radon-222a) Het atoomnummer van radon 86 (Binas tabel 25) Er zijn 86 protonen in de kern

dus er zijn 222-86 = 136 neutronen in de kernb) De activiteit A(t) = 48 Bq De halveringstijd is volgens Binas 3825 dagen =

3825243600 = 3305105 s Dan is N(t) te berekenen

A( t )=48= 0 6933 305 105 N ( t )rArr N ( t )=3 305 105lowast48

0 693=23 107

c) Eerste reactie alfastraling 86220 RnrArr 2

4 He+ 84216 Po

Tweede reactie alfastraling 84216 PorArr 2

4 He+ 82212 Pb

Derde reactie begravetastraling 82212 PbrArrminus1

0 e+ 83212 Bi

Alternatief

Tweede reactie begravetastraling 84216 PorArrminus1

0 e+ 85216 Bi

Derde reactie alfastraling 85216 PbrArr 2

4 He+ 83212 Bi

d) Het dosisequivalent is 14 mSv Voor alfastraling is de weegfactor 20 De dosis

(Em) is dus 1420 = 0070 mGy = 7010-5 Gy D= E

mrArr70 10minus5= E

30 E = 30 kg7010-5 Jkg = 2110-4 J

9 Kobalt-60a) Bij radioactieve bestraling staat het lichaam bloot aan de straling maar er is

geen contact met de radioactieve stof Bij besmetting kom je in aanraking met de radioactieve stof en loop je het gevaar jezelf en je omgeving ermee te vergiftigen

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

b) Kobalt-60 is een begravetastraler dus 2760 CorArrminus1

0 e+ 2860 Ni (+ γ de gammastraling

bestraalt het voedsel)c) Nee het voedsel is alleen bestraald en niet in aanraking gekomen met het

radioactieve kobaltd) De activiteit is gedaald met een factor 111017 691015 = 16 Over dus 116 =

(12)4 an de beginhoeveelheid Dit betekent bij een halveringstijd thalf = 527 jaar dus dat over 4 x 527 jaar = 21 jaar de bron vervangen moet worden

10 Echografiea) v = λ f Dus 151103 = λ15106 λ = 15110315106 = 10110-3 m = 101

mmb) Afgelegd wordt 2x de dikte 2xdikte = vt = 151103 5310-6 = 80010-2 m =

800 cm De dikte van weefsel 1 is dus 400 cmc) De weg door weefsel 1 duurt 53 μs Voor weefsel 2 is een tijd nodig

t= 2lowast0 12159 103

=1 51 10minus4 s=151 μs De totale tijd voor de puls is 151 + 53 = 204

μs

11 Digitaal beelda) Het aantal pixels is 512 x 512 = 262 144 Per pixel 15 byte dus 15 262 144 = 393 216 bytes Eeacuten kB is 1024 bytes dus er is 393 2161024 = 384 kB nodigb) 47 GB = 471024 MB = 4710241024 kB = 49106 kB Eeacuten foto is 384 kB dus

er kunnen 49106384 = 13104 fotorsquos op de dvd

12 Contrast vergrotena) Pixel A Nieuwe grijswaarde = 12153 ndash 25 = 159b) Pixel B Nieuwe grijswaarde = 12127 ndash 25 = 127c) Pixel C Nieuwe grijswaarde = 12100 ndash 25 = 95d) Pixel D Nieuwe grijswaarde = 1275 ndash 25 = 65e) Het beeld komt er ongeveer zo uit te zien

13 Beeld verscherpen

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

153

231A

130B

94C

0D

75

153

231

130

94 0 75

153

231

130

94 0 75

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

a De methode is 9 x oorspronkelijk ndash grijswaarden van alle buren En 0 le Grijswaarde le 255

Pixel A Nieuwe grijswaarde = 9 153 ndash 5153 ndash 3127 = 231Pixel B Nieuwe grijswaarde = 9 127 ndash 3153 ndash 2127 ndash 3100 = 130Pixel C Nieuwe grijswaarde = 9 100 ndash 3127 ndash 2100 ndash 375 = 94Pixel D Nieuwe grijswaarde = 9 75 ndash 3100 ndash 575 = 0

b De figuur komt er ongeveer zoacute uit te zienDe pixels links van A en rechts van D veranderen niet (nemen we aan) A wordt veel lichter en D wordt zwart Pixel B wordt iets lichter en pixel C iets donkerder

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

159

159A

127B

95C

65D

65

159

159

127

95

65 65

159

159

127

95

65 65

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Voorbeeld-toetsvragenTechnieken beeldvorminga Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scanb Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waaromc Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt

EenhedenBij welke grootheden horen de volgende eenhedena Becquerelb Sievertc Hertz

Elektromagnetisch spectrumDe antenne van een mobiele telefoon is veel korter dan de antenne van een autoradio zoals je die op het dak van een auto ziet Dit betekent dat de mobiele telefoon gevoelig is voor straling met kortere golflengtes dan de autoradioa Leg met behulp van de formule c=λf uit welk soort straling de hoogste frequentie heeft die van een provider van mobiele telefonie of die van een radiozenderb Radio 538 zendt uit op 102 MHz Bereken de golflengte van deze radiogolven

Groeizame stralingPlanten hebben energie nodig om te groeien Ze krijgen die energie in de vorm van zonnestraling Zichtbaar licht is een deel van het elektromagnetisch spectrum Infrarode straling is ook een deel van dat spectrum deze straling heeft een lagere frequentie dan zichtbaar lichta Leg met behulp van de formule E=hf uit in welk geval er een groter aantal fotonen wordt geproduceerd als er 10 J aan zichtbaar licht wordt uitgezonden of als er 10 J aan infrarode straling wordt uitgezondenb Een plant groeit minder goed als hij wordt bestraald met een vermogen van 100 W aan infrarode straling dan als hij wordt bestraald met een vermogen van 1 W zichtbaar licht Leg uit hoe dit kan

Lood om oud ijzerTer bescherming tegen roumlntgenstraling van 10 MeV draagt een laborant een loodschort met dikte 060 mm Bereken hoe dik een schort van ijzer zou moeten zijn om dezelfde bescherming te bieden

Massarsquos vergelijkenEen atoom 56

26 Fe is zwaarder dan een atoom 2713 Al Hoeveel keer zo

zwaar

Welke straling

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling

VergelijkenJe hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanweziga Leg uit welk potje het zwaarst isb Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeftc Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben

Alfa of begravetaHet isotoop H-3 is instabiel Zonder het op te zoeken in Binas kun je weten dat bij het verval begravetastraling vrijkomt en geen alfastralinga Leg uit hoe je dit kunt wetenb Geef de reactievergelijking voor dit verval

Cesium-137a Geef de reactievergelijking voor het verval van een kern 137Csb Hoe groot is de halveringstijd van 137CsEen hoeveelheid grond is na het ongeluk in Tsjernobyl in mei 1986 besmet geraakt De activiteit was toen 10000 Bq c Hoe groot zal de activiteit zijn in 2046d Wanneer zal de activiteit onder de 10 Bq komen

Technetium-99mEen hoeveelheid technetium-99m (halveringstijd 60 h) heeft 240 h na toediening aan een patieumlnt een activiteit van 10 kBqa Bereken de activiteit op het moment van toedieningb Bereken hoeveel uur na toediening de activiteit is gedaald tot 125 Bq Veel injecterenDe activiteit hangt af van het aantal kernen volgens A(0)=0693thalf N(0)Aan een patieumlnt moet Tc-99m worden toegediend met beginactiviteit 10 kBqa Laat met een berekening zien dat 216107 kernen Tc-99m moeten worden toegediendEen proton en een neutron hebben allebei een massa van 17∙10-27 kgb Bereken de totale massa van de Tc-99m kernen

OrganenLeg uit hoe het komt dat met echografie weacutel een afbeelding van het binnenste van de baarmoeder kan worden gemaakt en geacuteeacuten afbeelding van de longen kan worden gemaakt

Hoge frequentieAls je bij echografie een hogere frequentie van de geluidsgolven neemt vergroot je dan het contrast van de afbeelding of de resolutie Of beide Of geen van van beide Leg uit

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

ATransducer

Weefsel 1

Weefsel 2

v1 = 151 kms v2 = 159 kms

120 cm

Stralingsdosis bij CT-scanBij een CT-scan ontvangt het lichaam een dosisequivalent van 12 mSv De massa van het deel van het lichaam dat de straling absorbeert is 30 kga Leg uit dat je bij de berekeningen als weegfactor de waarde 1 moet nemenb bereken de hoeveelheid energie die het onderzochte deel van het lichaam absorbeertc Leg uit dat het apparaat in totaal veel meer energie heeft uitgestraald (Het is niet zo dat er per ongeluk straling is die het lichaam mist)

Dosis bij bestralenIn een tumor met massa 75 g wordt een alfastraler geiumlnjecteerd De totale hoeveelheid geabsorbeerde energie is 15 mJ Alle energie wordt door de tumor zelf geabsorbeerda Leg uit aan welke eigenschap van alfastraling het ligt dat alle energie binnen de tumor blijftb Bereken de dosis die de tumor ontvangt

Rekenen met echorsquos

De transducer zendt een geluidspuls uit met een frequentie van 180 MHzd) Bereken de golflengte van het geluid in weefsel 1De terugkaatsing op grensvlak A wordt 560 μs na uitzending opgevangene) Bereken de dikte van weefsel 1f) Bereken na hoeveel μs het geluid dat op grensvlak B terugkaatst wordt

ontvangen

BeeldbewerkingWe bekijken in deze opgave steeds de volgende bewerking

0 -1 0-1 4 -1

B

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

0 -1 0

We passen hem toe op een egaal zwart stuk van een foto waar de waardes van de kleur zijn gegeven door allemaal nullen

0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0

a Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok b Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesc Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag b er uit

We passen dezelfde bewerking toe op een egaal wit stuk van een foto waar de waarde van de kleur steeds 255 is

255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255255 255 255 255 255

d Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok e Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesf Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag e er uit

Nu passen we dezelfde bewerking toe op een stuk van de foto waar de waarde rechts hoger is dan links

100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200100 100 100 200 200

g Wat is de uitkomst van de bewerking voor het oranje middelste deel van het blok h Wat krijg je als je deze waardes optelt bij de oorspronkelijke waardesi Hoe ziet het op deze manier bewerkte deel van de foto dus na het optellen van vraag i er uit

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta

j Hoe heet deze bewerking

Stipjes wegwerkenBij het overseinen van gegevens worden soms foutjes gemaakt er zijn losse pixels in het beeld die ineens wit zijn Omschrijf welke bewerking op de pixels wordt uitgevoerd om deze witte stipjes in het beeld weg te werken

  • Colofon
  • Copyright
  • Inleiding
  • Peer Instruction
  • Enkele onderwerpen lenen zich goed voor het toepassen van de Peer Instruction-methode van Mazur (Zie Eric Mazur Peer Instruction ISBN 0-13-565441-6-90000) Leerlingen discussieumlren daarbij actief over de stof en de docent ziet of men een bepaald punt door heeft of niet
  • De methode
  • Stel een (kwalitatieve) vraag geef alternatieve antwoorden laat ieder voor zich het antwoord bepalen
  • Inventariseer de meningen door handopsteken (ldquoiedereen moet 1 keer stemmen ldquoweet nietrdquo is ook een mogelijkheidrdquo)
  • Als de menigen verschillen geef iedereen twee minuten om de buren te overtuigen
  • Laat opnieuw handen opsteken
  • Bespreek zonodig wat het moest zijn
  • Voorbeeldvragen
  • 1 Als een stof roumlntgenstraling goed absorbeert is de halveringsdikte groot
  • waarniet waarweet niet
  • 2 Bij het verval van cesium ontstaat BariumJoodXenonAntimoonGeen idee
  • 3 Als een oog een hoeveelheid alfastraling van 015 J absorbeert dan is dat schadelijkonschadelijkgeen idee
  • 4 Bij een gecompliceerde botbreuk is het nuttig om een MRI-scan te doen waarniet waar
  • 5 Als de ene foto meer pixels heeft dan de andere wat is dan groter
  • het contrastde resolutiebeidegeen van beide
  • Tijdplanning
  • De tijdplanning hieronder is niet op ervaring gebaseerd Hij geeft weer hoe het lesmateriaal bedoeld is Ervaring in de proefscholen zal moeten uitwijzen of de planning realistisch is We zijn uitgegaan van lessen van 50 minuten voor andere indelingen zijn aanpassingen gemakkelijk te maken Steeds geldt voor de laatste onderwerpen in een les dat wat overblijft huiswerk is
  • Medische Beeldvorming (inleiding)
  • 1 les
  • 1 roumlntgenfotografie
  • 2 lessen
  • 2 Nucleaire diagnostiek
  • 4 lessen
  • 3 Ioniserende straling
  • 2 lessen
  • 4 Echografie
  • 2 lessen
  • 5 Overige technieken
  • 1 les
  • 6 Over het beeld
  • 2 lessen
  • Eindopdracht
  • 1 les
  • Diagnostische toets (thuis)
  • 15 lessen
  • Les 1 (Inleiding Medische Beeldvorming en begin hoofdstuk 1 Roumlntgenfotografie)
  • Inleiding docent 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Wat zit er al in je hoofd (eerst zelf dan in groepje tenslotte verzamelen op het bord) 15 minuten
  • Lezen tot en met Inleiding hoodstuk 1 15 minuten
  • Bespreken wat er gaat gebeuren in deze module 10 minuten
  • Les 2
  • Orieumlntatieopdracht Absorptie van straling 10 minuten
  • Bespreken spectrum c=λf 5 minuten
  • Opgave 1-3 15 minuten
  • Proef fotopapier 10 minuten
  • Bespreken fotonen E=hf 10 minuten
  • Opgave 4
  • Les 3
  • Bespreken huiswerk 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Rekenen aan absorptie 10 minuten
  • Opgaven 5-9 15 minuten
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Lezen en bespreken 14 roumlntgenfoto 10 minuten
  • Reflectieopdracht Gaten in je kennis 5 minuten
  • Opgave 10-11
  • Les 4 (Begin hoofdstuk 2 Nucleaire Diagnostiek)
  • Vragen bespreken huiswerk 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Dracht en halveringsdikte 15 minuten
  • Bespreken 21 voorbeelden kern isotopen 15 minuten
  • Lezen tot en met 21 opgave 12-14
  • Les 5
  • Nakijken en bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Vervalreacties 10 minuten
  • Bespreken 22 voorbeelden radioactiviteit reacties 15 minuten
  • Lezen 22 maken 15 en 16 15 minuten
  • Bespreken opgaven 15 en 16
  • Les 6
  • Orieumlntatieopdracht Instabiele kernen en Activiteit 15 minuten
  • Bespreken 23 vorm grafiek 5 minuten
  • Proef lsquoToeval bestaatrsquo 15 minuten
  • Formule halvering en rekenvoorbeeld 10 minuten
  • Opgave 17-21
  • Les 7
  • Bespreken opgaven 5 minuten
  • Orieumlntatieopdracht De ideale radioactieve bron 10 minuten
  • Lezen 24 praktijk 10 minuten
  • Opgave 22-24 15 minuten
  • Bespreken 22-24 5 minuten
  • 25-26 en reflectieopdracht (huiswerk) (eventueel ook 27)
  • Les 8 (afsluiten hoofdstuk 2 begin hoofdstuk 3 Ioniserende straling)
  • Bespreken 25-26 10 minuten
  • In groepje reflectieopdracht bespreken 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 3 5 minuten
  • 31 lezen en bespreken (effecten) 15 minuten
  • Opgave 28-32
  • Les 9
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef lsquoioniserende straling om je heenrsquo 10 minuten
  • Bespreken en lezen 32 bescherming 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht Waar komt straling vandaan 10 minuten
  • Opgave 33-37
  • reflectieopdracht
  • Les 10 (afsluiten hoofdstuk 3 begin hoofdstuk 4)
  • Bespreken huiswerk inclusief reflectieopdracht 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 4 10 minuten
  • Lezen en bespreken 41 terugkaatsing 10 minuten
  • Opgave 34-39
  • Les 11
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Demoproef Doppler op het schoolplein 10 minuten
  • Bespreken 42 en 43 Doppler 10 minuten
  • Reflectieopdracht 15 minuten
  • Opgave 40-41
  • Les 12 (hoofdstuk 5 Overige technieken)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Orieumlntatieopdracht 10 minuten
  • Lezen 51 en 52 (CT MRI) 10 minuten
  • Opgave 42-43 10 minuten
  • Bekijken 53 (overzicht)
  • Maken 44-47
  • Les 13 (afronden hoofdstuk 5 begin hoofdstuk 6 Over het beeld)
  • Nakijken en bespreken opgaven 10 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 5 in groepjes 15 minuten
  • Orieumlntatieopdracht hoofdstuk 6 5 minuten
  • Doornemen hoofdstuk 6 15 minuten
  • Opgave 48-52
  • Les 14 (afsluiten hoofdstuk 6 voorbereiden eindopdracht)
  • Bespreken huiswerk 10 minuten
  • Opgave 53-56 15 minuten
  • Reflectieopdracht hoofdstuk 6 (zelf groepjes) 15 minuten
  • Keuze eindopdracht maken groepjes 10 minuten
  • Les 15
  • Eindopdracht afmaken
  • Vragen
  • Diagnostische toets (thuis afmaken antwoorden beschikbaar)
  • Opmerkingen bij de orieumlntatie- en reflectieopdrachten
  • Voor deze opdrachten geven we geen uitwerkingen omdat het er vaak om gaat te bezien wat de leerling zelf al weet Wel enkele opmerkingen
  • Wat zit er al in je hoofd Als leerlingen niet zo op gang komen kan de docent opmerkingen maken als ldquoBij welke technieken moet je je tegen straling beschermenrdquo ldquoWelke organen worden bekekenrdquo
  • Gaten in je kennis Kan gezien worden als een puzzeltje De bedoeling is dat leerlingen ook iets mogen nazoeken het is een oefening gn toets De opdracht moet een beeld geven van welke begrippen de leerlingen ook voor de toets moeten kennen
  • Dracht en halveringsdikte Bedoeling van deze opgave is dat leerlingen het verschil tussen dracht en halveringsdikte kunnen verklaren uit deeltjeseigenschappen (materiedeeltje of EM-golf) Het helpt hen om een beter beeld van de deeltjes te krijgen Het remspoor van een alfadeeltje is vergelijkbaar het een vrachtwagen in de grindbak
  • Vervalreacties Bedoeling van deze opgave is om een herkenbaar beeld van alfa- en betaverval op te bouwen als voorbereiding op vervalreactievergelijkingen
  • Applet Halflife In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een applet van de Colorado University In de applet is zichtbaar hoe de atomen veranderen en dat maakt het meer tastbaar dat het een toevalsproces is De energiemeter maakt tastbaar dat na een halveringstijd zowel de activiteit als het aantal instabiele kernen gehalveerd is Een isotoop met een grotere halveringstijd geeft een lager energieniveau te zien
  • In deze opgave worden de formules voor A en N in de eenvoudige vorm gebruikt en met n het aantal halveringstijden Voor n wordt een formule afgeleid maar voor veel leerlingen is het waarschijnlijk eenvoudiger om zonder formule te berekenen Dan zien ze beter wat ze aan het uitrekenen zijn
  • De ideale radioactieve bron In het kader van Medische beeldvorming moet de belangrijke rol van Technetium goed naar voren komen De eigenschappen van Tc-99m maken het zeer geschikt het onderzoeken van die eigenschappen geeft leerlingen een beeld van het proces en de risicorsquos
  • Wat volgt uit wat De bedoeling is dat leelingen in groepjes discussieumlren Hier voor de docent wel onze oplossing
  • a 7 Je ziet dat een deel van de straling snel afneemt met de dikte zoals leerlingen dat kennen uit het vorige hoofdstuk maar dat een ander deel niet lijkt te verminderen Je kunt concluderen dat er twee soorten straling zijn Het gaat om alfastraling waarvoor aluminium een kleine halveringsdikte heeft en gammastraling waarvoor de halveringsdikte heel groot is die dus nauwelijks vermindert door de dunne laagjes aluminium Deze proef van Rutherford is inderdaad de eerste aanwijzing geweest dat radioactiviteit om meerdere soorten straling ging
  • b 2
  • c 1
  • d 6 en 8
  • e 6
  • f 10
  • g 5 en (het tweede deel van) 9
  • h 4
  • i 3
  • j 8
  • Wat straalt daar Hier kijken we of leerlingen al van achtergrondstraling hebben gehoord en of ze bijvoorbeld weten dat die op grote hoogte groter is dan in Nederland Mogelijk komen ze ookmet GSM-zendmasten en magnetrons (er zijn mensen die geen magnetron hebben omdat ze bang zijn voor de ldquostralingrdquo) In dat laatste geval wellicht toch benadrukken dat het niet gezond is in een magnetron te zitten omdat je dan te heet wordt maar ook dat kennis uit het vorige hoodstuk leert dat de betreffende straling fotonen heeft die een veel kleinere energie hebben dan bijvoorbeld zichtbaar licht en dat dus het beschadigen van DNA onmogelijk is
  • Wat mag wat niet In het schema is in de typografie iets misgegaan bovenaan moet staan sterfte 100 halverwege moet staan 0001 Sv=1mSv Over Litvinenko staan op internet teksten als De dosis kostte miljoenen dollars en was veel hoger dan nodig om dodelijk te zijn Ook getallen als 10 Sv worden genoemd
  • Autorsquos en babyrsquos Deze opgave gaat er alleen om dat leerlingen zich realiseren dat het om vergelijkbare technieken gaat Ronde dingen zoals ribben bij echografie of ijzerdraad bij een parkerende auto reflecteren volgens hoek i = hoek r gerekend vanaf de normaal Op een rond oppervlak is dat dus niet terug naar de bron maar onder een hoek
  • Tatu TatuuWe hopen dat dit meer aanspreekt dan een sommetje met gegevens maar inhoudelijk komt het er gewoon op neer uit een gemeten frequentie en een bekende frequentie van de bron de snelheid moet worden berekend
  • Overal trillingen in je hoofd in de soep en in het heelal Het gaat om de analogie
  • De loop der tijden Een soort 2 voor 12 Natuurlijk kan het helpen om op een gegeven moment naar het woord te gaan zoeken De informatie is op internet te vinden bijvoorbeeld veel op de site van het Nobelcomiteacute
  • Downloaden en photoshoppen Het gaat er om verband te leggen met wat leerlingen kennen
  • Wat zit er nu in je hoofd Belangrijk is dat leerlingen zien dat ze nu meer termen kennen eacuten meer verbanden kunnen leggen dan dan eerst
  • Uitwerkingen
  • De uitwerkingen geven ook de redeneringen Ze kunnen aan leerlingen worden uitgedeeld zodat zij zelf hun werk kunnen controleren
  • Hoofdstuk 1
  • Uitwerking diagnostische toets
  • Voorbeeld-toetsvragen
  • Technieken beeldvorming
  • a Wat is het verschil tussen een roumlntgenfoto en een CT-scan
  • b Iemand ondergaat een MRI-scan De stralingsdosis die hij oploopt is daarbij altijd nihil dus 0 Gy Leg uit waarom
  • c Leg uit hoe nucleaire diagnostiek werkt
  • Eenheden
  • Bij welke grootheden horen de volgende eenheden
  • a Becquerel
  • b Sievert
  • c Hertz
  • Elektromagnetisch spectrum
  • Groeizame straling
  • Lood om oud ijzer
  • Welke straling
  • Leg uit waarom bij medische beeldvormingstechnieken gammastraling beter kan worden gebruikt dan alfa- en begravetastraling
  • Vergelijken
  • Je hebt twee potjes een met Tc-99m (halveringstijd 60 h) en een met Cr-51 (halveringstijd 277 dagen) Van beide stoffen zijn evenveel kernen aanwezig
  • a Leg uit welk potje het zwaarst is
  • b Leg uit welk potje op dit moment de grootste activiteit heeft
  • c Leg uit welk potje over 10 dagen de grootste activiteit zal hebben
  • Alfa of begraveta