Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Lees onderstaand artikel:
Als eerste ter wereld heeft Siemens Healthcare een apparaat ontworpen dat gelijktijdig een PET-scan en een MRI-scan kan uitvoeren. Bijzonder, want normaal gesproken stoort het magnetisch veld van een MRI-scan de metingen van een PET-scan.
De Biograph mMR, zo heet de gecombineerde full-body MRI (magnetic resonance imaging) en PET (positron emission tomography) scanner van Siemens Healthcare. Op 19 november presenteerde het Duitse bedrijf dit systeem dat als eerste ter wereld de twee veelgebruikte medische diagnosemethoden combineert in één apparaat. Het systeem is inmiddels geïnstalleerd in het academisch ziekenhuis Klinikum rechts der Isar van de technische universiteit van München.
Bij een PET-scan krijgt een patiënt radioactieve markers ingespoten, bijvoorbeeld 18-FDG (fluorodeoxyglucose) die zich vooral concentreren in weefsels met een hoge energiebehoefte, zoals het brein, de nieren, maar ook gezwellen.
Bij het verval van dit radioactief materiaal komen positronen vrij. Via een aantal stappen creëert een PET-scanner uit deze positronen een beeld dat heel specifiek weergeeft waar in het lichaam de ingespoten radioactieve markers geconcentreerd zijn.
`Een conventionele detector in een PET-scanner is zo gevoelig, dat er zelfs gecompenseerd moet worden voor het aardmagnetisch veld', vertelt Erik van den Bergh, productmanager van de MR-groep bij Siemens Healthcare in Nederland. `Dan kun je nagaan wat het magnetisch veld van een MRI-scan met het beeld van een PET-scanner doet.'
Een full-body MRI-scan gebruikt een magneetveld om een beeld van de verschillende weefsels en organen in een lichaam te creëren. Van den Bergh: `Je kan een MRI-scanner eigenlijk zien als het Zwitsers zakmes onder de medische apparaten. Het kan beelden leveren van hersenfuncties en de bloedstroom in het lichaam, maar ook van verschillende weefsels. Bovendien komt er, in tegenstelling tot bij een CT-scan, geen ioniserende straling vrij.'
De Biograph mMR is in staat om tegelijkertijd zowel een PET- als een MRI-scan te maken, omdat technici bij Siemens Healthcare de PET-scanner helemaal opnieuw hebben ontworpen. De combinatiescanner van Siemens gebruikt voor de PET-scans geen fotoversterkerbuizen meer om de fotonen te detecteren, maar APD's (Avalanche PhotoDiodes).
`Het is het proces van elektronenmultiplicatie in een fotoversterkerbuis dat niet meer functioneert onder invloed van een sterk magnetisch veld', licht Van den Bergh toe. `In APD's veroorzaakt een lichtfoton een lawine aan elektronen, die de PET-scanner vervolgens kan vertalen naar een beeld. Omdat het bij deze APD’s om halfgeleiders gaat, zijn ze niet gevoelig voor magnetische velden.'
Het grootste voordeel, naast de tijd- en ruimtewinst voor ziekenhuizen, is een veel accurater beeld van de patiënt. Van den Bergh: `Neem bijvoorbeeld een tumor die dicht bij de blaas zit. Met een PET-scan is de tumor duidelijk zichtbaar te maken, maar het probleem is dat deze scan uitsluitend deze markers ziet. Nu zijn er referentiepunten waarmee de locatie van de tumor in het lichaam alsnog kan worden vastgesteld, maar stel dat de MRI-scan na de PET-scan plaatsvindt. De blaas van de patiënt zal dan voller of leger zijn, waardoor de plek van de tumor in het lichaam is verschoven. Door beide scans tegelijkertijd te doen, krijgen medici een veel gedetailleerder beeld gepresenteerd waarop dergelijke afwijkingen ook niet meer voorkomen.'
Naar: Technisch Weekblad, 7 December 2010.
Zie ook de website van Siemens.
Vragen en opdrachten
Bij een PET-scan wordt een stof ingespoten, die F-18 bevat.
a) Welk deeltje ontstaat in het lichaam bij het verval van F-18?
b) Wat gebeurt er vrijwel direct met dit deeltje en wat onstaan daarbij?
c) Met behulp van welke detectiemethode wordt de plaats vastgesteld waar het positron vervalt?
d) Op welk principe berust De MRI-scan?
e) Wat is een voordeel van de MRI boven de PET-scan?
f) Waarom worden ze dan toch gecombineerd?
g) Welke nieuwe ontwikkeling maakte het mogelijk om deze twee te combineren?
Uitwerking vraag (a)
Het Fluor-18-isotoop zendt een positron uit.
Uitwerking vraag (b)
Dit positron recombineert met een elektron onder uitzending van twee gammafotonen in tegengestelde richtingen.
Uitwerking vraag (c)
Rondom de patiënt bevinden zich detectoren die de gammafotonen detecteren. Door de tijdstippen en de energieën te vergelijken kan de plaats worden vastgesteld, waar de fotonen zijn uitgezonden. Dit kan een gezwel zijn.
Uitwerking vraag (d)
In een magneetveld worden protronen in trilling gebracht. De omgeving van de protonen bepaalt de resonantiefrequentie. Zo kunnen verschillende weefsels onderscheiden worden.
Uitwerking vraag (e)
Bij MRI wordt geen radioactief materiaal in de patiënt gespoten.
Uitwerking vraag (f)
Met een MRI kunnen bepaalde weefsels niet onderscheiden worden (bij voorbeeld gezond weefsel en een gezwel).
Uitwerking vraag (g)
Nieuwe detectoren (APD's) voor de gammafotonen die niet gevoelig zijn voor magneetvelden.
