Medisch meten hoofdstuk 4

4 Medisch meten

4.1 Meten aan je lichaam
Wat valt er te meten aan een mens?
De moderne geneeskunde ziet ziekte als afwijking die je kunt meten.
Wat kun je allemaal meten:
Grootheid                           symbool        eenheid          symbool
Massa                                  M                 kilogram          kg
Spierkracht                           F                 newton            N
Volume van je longen           V                 kub. Meter      m³
Spanning van je zenuwen     U                volt                 V
Temperatuur                         T                 graden           ºC
Frequentie van je hartslag    F                 hertz               Hz

Wat zegt de temperatuur over je gezondheid?
In onze hersenen ligt een thermostaat, die ervoor zorgt dat de lichaamstemperatuur ongeveer 37 ºC is. Deze warmte wordt geproduceerd door verbranding van glucose en vet. Door sensoren in de huid weet je lichaam of het moet afkoelen of juist opwarmen.
De mens kan zijn lichaamstemperatuur constant houden door:
- verwijden van de bloedvaten in de huid (afkoeling), bijv. rood hoofd
- transpiratie; zweetklieren in de huid geven extra water af dat verdampt (afkoeling)
- rillen van de bewegingsspieren (opwarmen)
Extra warmte krijg je door beweging.
Koorts:
Je thermostaat wordt hoger gezet, bv op 38 – 40 ºC, dit is om ziekteverwekkers geen kans te geven. Je lichaam is kouder en daardoor ga je rillen en klappertanden bij beginnende koorts. Als de ziekte bijna over is dan is je thermostaat weer lager en moet je lichaam afkoelen (je huid voelt dan warm aan, er is meer bloed naar je huid gestroomd om af te koelen).
Warmtetransport:
Eerst stroming: warmte van binnenin je lichaam stroomt naar je huid,
daarna geleiding/straling: lichaamswarmte wordt afgegeven aan de koelere buitenlucht.

Wat zijn de eenheden van temperatuur en warmte?
Temperatuur kan op 2 manieren worden gemeten:
- ºCelsius: ijs = 0 ºC, kokend water = 100 ºC
- natuurkundigen gebruiken Kelvin: laagste is 0 Kelvin.
- Omrekenen van ºC -> K: graden Celsius + 273 = Kelvin
- 0 Kelvin = -273 graden celsius (absolute nulpunt)
Warmte: is een vorm van energie die van een heet naar een koud voorwerp stroomt (Joule).

Wat zie je op een thermogram?
Een thermogram is een soort foto waarbij temperatuur naar kleur wordt vertaald. Het wordt gemaakt met behulp van de infrarode straling die ons lichaam uitzendt. Met een thermogram kan een arts sommige niet te diep liggende tumoren opsporen.

4.2 Binnenin kijken
Hoe werkt een endoscoop?
Endoscoop: instrument waarmee artsen binnen in een lichaam kunnen kijken (kijkoperatie). Het is een bestuurbare en buigzame slang die artsen gebruiken voor bijvoorbeeld onderzoek van het spijsverteringskanaal. De endoscoop wordt via de mond of via de anus ingebracht. Op een beeldscherm kan de arts dan kijken hoe het er van binnen uitziet. In de buigzame slang zitten twee bundels met glasvezels:
- Bundel met dikkere vezels voeren het licht van buiten naar binnen
- Bundel met veel dunne vezels transporteren geluidsgolven. Na weerkaatsing in het lichaam worden de echo’s van de geluidsgolven opgevangen en omgezet in zichtbaar beeld op een monitor. Elke vezel geeft een punt van het beeld door. Dus beeld van binnen naar buiten.
- Sommige endoscopen bevatten ook eenvoudige operatiegereedschappen, bijv. schaartjes, klemmetjes, sproeier etc.
Door de komst van de endoscopie zijn veel minder operaties nodig.
Ook is het mogelijk om ‘op afstand’ te opereren, een zeer gespecialiseerde arts kan in Amerika een patiënt in Europa opereren. Beeldvertraging kan hierbij wel een nadeel zijn.

Hoe geeft een glasvezelkabel licht door?
Als licht van lucht naar een doorzichtig materiaal gaat (bijv. glas of water), dan breekt de lichtstraal, maar er wordt ook een deel teruggekaatst.
De hoeken van breking en terugkaatsing meet je altijd van de normaal; een loodlijn op het oppervlak.
Als licht van lucht naar een doorzichtige stof gaat, is de brekingshoek altijd kleiner dan de invalshoek (het licht breekt naar de normaal toe).
Als licht loodrecht op het grensvlak tussen 2 stoffen valt, wordt het licht niet gebroken (alle hoeken zijn nul graden).
Als licht van glas naar lucht gaat, is de brekingshoek groter (het licht breekt van de normaal af). Hoe groter de invalshoek, hoe groter de brekingshoek en hoe meer weerkaatsing! Zo werkt het ook in een glasvezel.
Doordat het licht in de glasvezel een bijzonder kleine hoek met de buitenkant van de vezel maakt, is reflectie gegarandeerd en blijft het licht in de vezel door interne reflectie.

Hoe sterk is een lens (hoeveel dioptrie)?
Brandpuntafstand: de afstand van het brandpunt tot het midden van de lens (in meters!).
Hoe sterker de lens, hoe sterker de lichtstralen worden gebroken en de brandpuntsafstand ƒ wordt kleiner.
Sterkte: 1 : brandpuntsafstand.
Brandpuntafstand 0,02 meter -> dioptrie 50
Dioptrie 2 -> brandpuntafstand 0,50 meter
Evenwijdige lichtbundels op een bolle lens komen samen in het brandpunt.

Met drie lichtstralen kun je het beeld bij een lens tekenen:
- Straal 1 gaat evenwijdig met hoofdas naar de lens, om daarna te breken, via het brandpunt achter de lens naar het beeldpunt
- Straal 2 gaat door het midden van de lens, wordt niet gebroken en komt zo ook uit op het beeldpunt
- Straal 3 gaat eerst via het brandpunt voor de lens naar de lens, om daar gebroken te worden en evenwijdig met de hoofdas naar het beeldpunt te gaan.

Als het brandpunt niet precies op je netvlies valt, heb je een bril nodig.
- Brandpunt nog voor het netvlies: ooglens is te sterk
- Brandpunt achter het netvlies; ooglens is te zwak

Hoe bereken je de vergroting
Als het beeld de helft is van het voorwerp, dan is de beeldafstand b ook de helft van de voorwerpafstand v.
                      Grootte beeld            beeldafstand
Vergroting = ------------------- =       -------------------------
                     Grootte voorwerp       voorwerpafstand

PilCam capsule met camera, lampje en batterij die wordt doorgeslikt. Geschikt om diagnose te stellen bij aandoeningen in de dunne darm. Via de endoscoop kon slechts een gedeelte van de dunne darm worden onderzocht omdat de dunne darm vele malen langer is dan een endoscoop. Onderweg van de mond naar de darm worden elke seconde 2 foto’s gemaakt.

4.3 Kijken zonder licht
Hoe werkt echoscopie?
Een transducer wordt met gel vlak tegen bijvoorbeeld de buik gehouden. Deze transducer zendt ultrasone geluidsgolven (niet hoorbare, zeer hoge frequentie) uit. De gel is nodig om te voorkomen dat de geluidsgolven al tegen de buikwand worden teruggekaatst. De transducer ontvangt ook weer de teruggekaatste geluidsgolven (echo’s). Elke verandering van weefsel zorgt voor terugkaatsing van geluid. Een speciaal computerprogramma vertaalt de echo’s in beeld op de monitor.

Dopplerecho
Wordt gebruikt bij bloedvaten; je kunt hiermee de richting en de snelheid van het bloed bepalen en aantonen of een bloedvat bijvoorbeeld vernauwingen bevat.
Hoe groter de snelheid van het bloed, hoe groter het verschil tussen het uitgezonden en het teruggekaatste geluid.
Bloed dat naar het apparaat toestroomt heeft een hogere frequentie dan het bloed dat van het apparaat afstroomt.
                                       1                        1                                  1
Frequentie in Hz = ---------------------- ƒ = --- 6.000.000 Hz = -------------------
                            trillingstijd in sec.          T                            0,00000017 sec

6 MHz is 6.000.000 Hz

Rekenen met kleine getallen
0,000 000 000 6 = 6 x 10 ^ -10
30.000.000 = 3 x 10 ^ 7
0,0148 = 1,48 x 10 ^ -2

4.4 Röntgenstraling
Wat kan röntgenstraling?
Ontdekt in 1895 door Wilhelm Röntgen.
Rontgenstraling gaat door menselijk weefsel heen. Botten houden de straling goed tegen, spieren en organen laten meer straling door. De fotografische plaat wordt zwart op de plaatsen van zachte weefsels, wit op de plaats van botten.
Rontgenstraling is een soort elektromagnetische straling die zo sterk is dat het door materiaal heen gaat waar normaal licht niet doorheen kan. Rontgenstraling is niet ongevaarlijk, radiologen en radiolaboranten worden met loodschorten beschermd of moeten achter een muurtje staan.
Het effect van röntgenstraling hangt af van de dosis. Dit wordt uitgedrukt in millisievert (mSv).

Wat is een CT-scan?
Computer Tomografie
Voor een meer gedetailleerd beeld en om te zien hoe diep een afwijking ligt, wordt een CT scan gebruikt. De patient wordt in een soort tunnel geschoven en je lichaam wordt “in plakjes” in beeld gebracht. Een soort ring met aan de ene kant een röntgenbuis en aan de andere krant een röntgendetector draait om het lichaam heen. Elk plakje kan gemaakt worden nadat de ring een heel rondje heeft gemaakt en dus vanaf alle kanten röntgenstraling door dat plakje van het lichaam is gegaan. Plakjes tegen elkaar geeft een 3D beeld.
Voordeel:
- Niet alleen om tumoren op te sporen, maar ook voor het bepalen van afmetingen en vormen van organen
- Veel bruikbaarder bij diagnose dan gewone rontgenfoto
Nadeel:
- 10 tot 100x zoveel straling als bij gewone röntgenfoto.

Wat is MRI?
MRI – Magnetic Resonance Imaging
Magneetscan, bedoeld voor personen waarbij rontenstraling een groot risico is.
De werking van deze scan lijkt op de CT scan, de ring is alleen een heel sterke elektromagneet. Doordat radiogolven door het lichaam worden gezonden, gedragen de waterstofatomen in het lichaam zich als minimagneten. Ook een MRI scan geeft een 3D beeld.
Voordeel: geen gevaarlijke straling.
Nadeel: metalen of magnetische voorwerpen mogen niet in de buurt komen van de scan. Een pacemaker kan ook bijvoorbeeld van slag raken.

4.5 Radioactieve stoffen
Wat zijn radioactieve stoffen?
Radioactieve stoffen zenden spontaan straling uit. Dit is gammastraling.
Gammastraling heeft nog meer energie dan röntgenstraling en is nog schadelijker voor het menselijk lichaam. Toch wordt in het ziekenhuis ook gammastraling gebruikt.
Radioactieve stof wordt ingespoten in een bloedvat om in een orgaan. Aan de buitenkant van het lichaam kan dan gemeten worden waar de stof zich bevindt. Je kunt dan precies het spoor van deze stof volgen. De radioactieve stof doet dienst als ‘tracer’. Bijvoorbeeld:
- Werken je nieren nog na een ongeluk?
- Krijgt je hartspier voldoende bloed?
Radiotherapie: Bestraling van kankerpatiënten met gammastraling; de groei van tumoren wordt gestopt of de tumor wordt zelfs vernietigd.

röntgenstraling gammastraling
Soort straling Elektromagnetisch elektromagnetisch
Hoe ontstaat het Vanuit apparaat Vanuit radioactieve stof
Gebruik in ziekenhuis Diagnose (foto) Diagnose (tracer) en behandeling (radiotherapie)
Schadelijkheid menselijk lichaam Ja Ja, meer dan röntgen
Energie Ja Ja, meer dan röntgen

Waar ontstaat radioactiviteit?
Nucleaire geneeskunde: afdeling in ziekenhuis waar straling gebruikt wordt voor diagnose of behandeling.
Radioactiviteit ontstaat in de kernen van atomen, daarom heet het
kernstraling
Atoomkernen bestaan uit:
1. Protonen, het aantal protonen bepaalt welk soort atoom het is.
2. Neutronen, de lijmdeeltjes die de protonen bij elkaar houden.

Voorbeeld:
Uranium-238 bestaat uit 238 kerndeeltjes (92 protonen +146 neutronen)
Koolstof-14 bestaat uit 14 kerndeeltjes (6 protonen + 8 neutronen)
Gammastraling ontstaat bij radioactief verval. Soms zijn atoomkernen niet stabiel en stoot de kern een aantal kerndeeltjes uit. Daarbij ontstaat gammastraling.
Hierbij kan de stof van gedaante veranderen, als het aantal protonen vermindert.
Hoe sneller het verval, des te groter de radioactiviteit.

Hoe meet je de radioactiviteit?
Activiteit van de stof: het aantal atomen dat per seconde vervalt (=Bq, Becquerel).
Dit wordt gemeten met een geigerteller, dat tikt bij opvang straling. Bij veel atoomverval, gaat de teller knetteren (vgl. metaaldetector).
kBq = 1000 becquerel
MBq = 1miljoen becquerel
Gbq = 1 miljard becquerel
Voorbeeld: 2,5 x 10^5 tikken per minuut. Hoe groot is de radioactiviteit?
= 2,5 x 10^5 x 60 tikken per seconden.
= 15.000.000 Bq
= 15 MBq

Ziekenhuispersoneel draagt altijd een badge, waarop te zien is of ze aan straling hebben blootgestaan.

Wat is de halveringstijd?
Als een stof straling uitzendt, dan vervallen de atomen.
Halveringstijd: de tijd waarin de helft van het aantal atomen vervalt.
Hoe langer de halveringstijd, des te minder straling zendt de stof uit.
Voorbeelden:
- Koolstof 14 halveert in 5730 jaar (zeer zwak radioactief)
- Jood 131 halveert in 8 dagen (radioactief, goed voor onderzoek te gebruiken)
- Jood 128 halveert in 25 minuten (zéér radioactief, te snel verval voor onderzoek)
1 gram jood 128 heeft dezelfde radioactiviteit als 461 gram jood 131
(1 : 25 minuten x 60 minuten x 24 uur x 8 dagen)

Hoe bescherm je je tegen straling?
Blootstelling aan kernstraling van buitenaf of door stoffen in je lichaam.
Soorten kernstraling:
Gammastraling Alfastraling betastraling
Elektromagnetische golven Elektromagnetische kleine deeltjes Elektromagnetische kleine deeltjes
Schadelijk Schadelijk schadelijk
Weinig doordringend vermogen Weinig doordringend vermogen
Kan niet door de huid
Straling van buitenaf is niet zo gevaarlijk, als je het maar tijdig kunt afspoelen.
Blootstelling aan hoge doses straling is zeer gevaarlijk
Schade varieert van afname van de witte bloedlichaampjes tot aan aantasting van het centrale zenuwstelsel gevolgd door een snelle dood.
Mensen die met straling werken, moeten dus worden beschermd door middel van een zo dik mogelijke laag beton of lood.
Buiten het ziekenhuis komt iedereen in aanraking met achtergrondstraling; komt vanuit het heelal, van natuurlijk radioactief materiaal in de grond, gesteente, ook in bakstenen.
Radioactieve stoffen die in het ziekenhuis gebruikt worden, worden gemaakt in een kernreactor.