Opgave
Enkele toepassingen in de geneeskunde van natuurkundige vindingen –het artikel noemt er drie– hebben snel de weg naar het grote publiek gevonden. Ook naar het natuurkunde-onderwijs?
a) Kijk in je natuurkundeboek of MRI, CT-scan en ultrageluid (echoscopie) in het register voorkomen.
Ultrageluid wordt toegepast bij het maken van een ‘echo’ van een ongeboren kind.
b) Op welk principe berust deze afbeeldingsmethode?
c) Wanneer vond deze techniek ingang in de verloskundige praktijk? Zoek informatie op Internet.
De CT-scan wordt bijvoorbeeld gebruikt om tumoren in het menselijk lichaam op te sporen.
d) Op welk principe berust deze afbeeldingsmethode? Zoek weer op Internet.
e) Welke weefsels zijn hiermee het beste te zien?
MRI is een toepassing van magnetische resonantie van atoomkernen (NMR). Kennelijk een erg belangrijk verschijnsel, want er zijn meerdere Nobelprijzen uitgereikt voor theorie-ontwikkeling en toepassing. Alhoewel het om natuurkunde gaat, zijn de Nobelprijzen niet bij dat vakgebiedterecht gekomen, maar bij toepassingsgebieden scheikunde en medicijnen.
Kernspinresonantie betreft een eigenschap van de kernen van atomen, zoals je in het artikel kunt lezen. Bij MRI gaat het om waterstofatomen en de atomen in hun directe omgeving.
f) Bedenk hoe het dan mogelijk is dat met MRI verschillende soorten zachte weefsels te onderscheiden.
g) Waarom denk je dat het gebruik van MRI zoân hoge vlucht heeft genomen?
Uitwerking vraag (a)
Nee.
Uitwerking vraag (b)
Geluidsgolven hebben in verschillende weefsels een verschillende snelheid. Dat betekent dat er een brekingsindex is bij de overgang van de ene weefselsoort –water, vet, bloed, spier e.d.– naar de andere. Er vindt dan ook gedeeltelijke terugkaatsing (reflectie of 'echo') plaats. Uit het tijdverschil van de diverse terugkaatsingen berekent de computer dan de ligging van de grensvlakken. Dat kan op een monitor zichtbaar gemaakt worden.
Uitwerking vraag (c)
Sinds het midden van de jaren zestig in Nederlandse ziekenhuizen, maar pas echt gangbaar geworden in de tachtiger jaren.
Uitwerking vraag (d)
De ct-scan werkt met röntgenstraling. Het principe is dat röntgenstraling in verschillende weefsels een verschillend doordringingsvermogen heeft. Het gaat hier dus niet om reflectie. De door een ronddraaiend röntgenapparaat uitgezonden bundel straling wordt vanuit diverse richtingen door het lichaam gestuurd en aan de andere kant van het lichaam weer opgevangen. Vlak na vlak wordt afgetast. Een computerprogramma kan uit de intensiteitsverschillen van de doorgelaten straling per vlak van het object (doorsnede) reconstrueren waar zich de verschillende weefsels bevinden. Sinds de zeventiger jaren in gebruik.
Uitwerking vraag (e)
Botten.
Uitwerking vraag (f)
Elke weefselsoort heeft karakteristieke samenstelling: de moleculen verschillen. Altijd bevatten ze waterstofatomen; die reageren afhankelijk van de atomen –dus van de moleculen– in hun omgeving anders op het externe magnetisch veld. Daardoor kan de omgeving in beeld worden gebracht. Belangrijker is waarschijnlijk dat onderscheid gemaakt wordt tussen weefsels die veel en die weinig water (en dus waterstofatomen) bevatten.
Uitwerking vraag (g)
De apparatuur is voor ziekenhuizen betaalbaar geworden. Tegenover de toch nog hoge kosten van het apparaat staat de vermindering van de operatiekosten: met MRI kan men in het lichaam kijken.
