Diagnostics Imaging

# Principes van röntgenbeeldvorming Dit onderwerp behandelt de basisprincipes van röntgenbeeldvorming, inclusief de transmissie van röntgenstralen, absorptie door weefsels, de rol van contrast en de Hounsfield unitschaal. ## 1\. Introductie tot röntgenbeeldvorming Röntgenbeeldvorming is gebaseerd op het principe van transmissie van röntgenstralen door weefsels, waarbij absorptieverschillen tussen deze weefsels en het gebruik van contrastmiddelen leiden tot een detecteerbaar signaal dat wordt omgezet in een beeld. ### 1.1 Transmissie en absorptie van röntgenstralen Röntgenstralen met energieën tussen 20 en 200 keV worden gebruikt voor beeldvorming. Wanneer deze stralen door het lichaam gaan, worden ze gedeeltelijk geabsorbeerd. De belangrijkste absorptiemechanismen zijn het foto-elektrisch effect en het Compton-effect. * **Foto-elektrisch effect:** Dit effect is evenredig met de vijfde macht van het atoomnummer ($Z^5$) van het absorberende materiaal. Het draagt significant bij aan de absorptie, vooral bij lagere röntgenenergieën en hogere atoomnummers. * **Compton-effect:** Dit effect is evenredig met het atoomnummer ($Z$) van het absorberende materiaal. Het is dominanter bij hogere röntgenenergieën en wordt beschouwd als strooistraling. De absorptie van röntgenstralen is evenredig met de dichtheid van het weefsel en het atoomnummer van de aanwezige elementen. * **Spierweefsel:** Bestaat voornamelijk uit elementen met een laag atoomnummer (C, H, O) en heeft een lage dichtheid, wat resulteert in lage absorptie. * **Botweefsel:** Bevat elementen met een hoger atoomnummer zoals calcium (Ca) en fosfor (P), naast O en H. Dit leidt tot een hogere dichtheid en sterkere absorptie van röntgenstralen. > **Tip:** Het verschil in absorptie tussen bot en zachte weefsels is de basis voor de intrinsieke contrastvorming in röntgenbeelden. ### 1.2 Contrast in röntgenbeeldvorming Contrast in röntgenbeelden is essentieel voor het onderscheiden van verschillende weefsels. Dit kan op twee manieren worden bereikt: * **Intrinsiek contrast:** Dit is het natuurlijke verschil in absorptie van röntgenstralen door verschillende weefsels, zoals het verschil tussen bot en zacht weefsel, gebaseerd op hun chemische samenstelling en dichtheid. * **Contraststoffen:** Deze worden toegediend om het absorptieverschil tussen specifieke structuren te vergroten. Contraststoffen bevatten elementen met een hoog atoomnummer (zoals jodium) die röntgenstralen sterk absorberen. ### 1.3 De Hounsfield unitschaal De Hounsfield unit (HU) schaal is een lineaire transformatie van de oorspronkelijke lineaire attenuatiecoëfficiënt. Het is een kwantitatieve maat voor de radiodichtheid van weefsels in CT-scans. * Gedestilleerd water wordt gedefinieerd als 0 HU. * Lucht wordt gedefinieerd als -1000 HU. * Bot heeft een maximale radiodichtheid van ongeveer 1000 HU. Deze schaal maakt het mogelijk om de absorptie-efficiëntie van verschillende weefsels te kwantificeren. Het verschil tussen weefsels met vergelijkbare dichtheid kan met deze schaal beter worden waargenomen. > **Tip:** Het instellen van de Hounsfield unitschaal op een röntgenbeeld bepaalt de weergave van grijstinten en is cruciaal voor de interpretatie van het beeld. Het aanpassen van deze schaal kan structuren die anders onzichtbaar zouden zijn, zichtbaar maken. ## 2\. De röntgenbuis en röntgenstralengeneratie Röntgenstralen worden gegenereerd in een röntgenbuis door het versnellen van elektronen die vervolgens botsen op een trefplaat. ### 2.1 Röntgenbuisconstructie en werking Een röntgenbuis bestaat uit een vacuümbuis waarin: * Een gloeidraad (kathode) wordt verwarmd, waardoor elektronen vrijkomen (thermische emissie). * Een hoogspanning circuit brengt een groot potentiaalverschil aan tussen de kathode en de anode (trefplaat). * De versnelde elektronen botsen met hoge kinetische energie op de anode. Bij deze botsing vertragen de elektronen abrupt, waarbij hun kinetische energie wordt omgezet in röntgenstraling en warmte. * De kinetische energie van de elektronen ($E\_{\\text{kin}}$) wordt omgezet in energie van de röntgenfotonen ($E\_\\gamma$) en bindingsenergie van de elektronen in de anode ($E\_b$), volgens de formule: $E\_{\\text{kin}} = E\_\\gamma - E\_b$. > **Tip:** Het vacuüm in de buis voorkomt dat de elektronen onderweg worden verstrooid door botsingen met luchtmoleculen. De trefplaat is meestal gemaakt van wolfraam, een materiaal met een hoog atoomnummer. ### 2.2 Energie van röntgenstralen De energie van de gegenereerde röntgenstralen is direct gerelateerd aan de versnellingsspanning (hoogspanning) die wordt aangelegd tussen de kathode en de anode. Een hogere versnellingsspanning resulteert in elektronen met hogere kinetische energie, wat leidt tot de productie van röntgenstralen met een hogere energie. Voor specifieke toepassingen zoals mammografie wordt vaak een lagere energie gebruikt, terwijl voor fluoroscopie (klassieke röntgenfoto's) doorgaans een breder spectrum aan energieën wordt gegenereerd. ## 3\. Detectie van röntgenstraling De röntgenstraling die de patiënt passeert, wordt gedetecteerd door verschillende soorten detectoren. Deze detectoren zetten de energie van de röntgenfotonen om in een meetbaar signaal, meestal elektrisch van aard. ### 3.1 Detectiemechanismen * **Foto-elektrisch effect in detectoren:** Energie van invallende röntgenfotonen kan elektronen in de valentieband van een detectormateriaal naar de conductieband promoveren. Het aantal gepromoveerde elektronen is evenredig met de energie van het foton. Deze gepromoveerde elektronen kunnen vervolgens worden gemeten. * **Scintillatie:** Wanneer een elektron terugvalt van de conductieband naar de valentieband, kan dit gepaard gaan met de emissie van een lichtflits (scintillatie). Deze lichtflits kan door een fotodiode worden gedetecteerd en omgezet in een elektrisch signaal. * **Thermoluminescentie (TLD):** Bij dit type detector wordt de energie van röntgenstraling opgeslagen in de kristalstructuur. Wanneer het materiaal wordt verwarmd, vallen de elektronen terug en zenden ze licht uit. De hoeveelheid uitgestraald licht is evenredig met de geabsorbeerde dosis röntgenstraling. * **Fosforescentie:** Vergelijkbaar met thermoluminescentie, maar het licht wordt uitgestraald na belichting, niet na verwarming. Fosfor storage platen maken hier gebruik van. * **Digitale flat panel detectors:** Dit zijn moderne detectoren die directe beeldvorming mogelijk maken. Ze bestaan uit een 2D-array van keramische detectoren die de transmissie van röntgenstraling detecteren en omzetten in een digitaal signaal. > **Tip:** Het type detector bepaalt de snelheid en efficiëntie van de beeldvorming, evenals de beeldkwaliteit. Digitale detectoren bieden voordelen zoals directe beeldweergave en beeldbewerking. ## 4\. Verschillende röntgenbeeldvormingstechnieken Röntgenstraling wordt gebruikt in diverse beeldvormingstechnieken, variërend van eenvoudige 2D-projectiebeelden tot complexe 3D-reconstructies. ### 4.1 Planair beeldvorming (fluoroscopie) Planair beeldvorming, ook wel bekend als fluoroscopie, produceert een 2D-projectiebeeld van de absorptie van straling in één specifiek aanzicht. Dit type beeldvorming is nuttig voor het diagnosticeren van bijvoorbeeld botbreuken, waar een enkele projectie voldoende informatie kan verschaffen. De organen zoals de longen kunnen worden gevisualiseerd; lucht die wordt ingeademd, zorgt voor een donkere weergave door lagere absorptie. ### 4.2 Computertomografie (CT) Computertomografie (CT) omvat het maken van röntgenbeelden van een onderzocht lichaamsdeel vanuit een groot aantal hoeken. Deze beelden worden vervolgens door een computer gereconstrueerd tot een driedimensionale weergave. * **Werking:** Een röntgenbuis en detector roteren continu rond de patiënt, waarbij röntgenstralen onder verschillende hoeken door het lichaam worden gestuurd. * **Beeldvorming:** De gereconstrueerde 3D-beelden worden doorgaans weergegeven als 2D-sneden (tomografische sneden) die langs verschillende assen kunnen worden gemaakt. * **Voordelen:** CT biedt een hogere contrastresolutie (beter onderscheid tussen weefsels met vergelijkbare Hounsfield eenheden) en ruimtelijke resolutie (scherpere beelden) vergeleken met planaire radiografie. Structuren kunnen vanuit verschillende zijden worden bekeken, en er is geen interferentie van boven- of onderliggende structuren. * **Nadelen:** CT-scans hebben over het algemeen een hogere stralingsdosis, zijn kostbaar en het overmatig gebruik ervan kan leiden tot onnodige blootstelling. Contraststoffen, die vaak worden gebruikt, kunnen bijwerkingen hebben. > **Tip:** Voor toepassingen waarbij een 3D-beeld niet strikt noodzakelijk is, zoals bij een armbreuk, is planaire beeldvorming vaak volstaan en wordt een lagere stralingsdosis toegepast. ### 4.3 Dentale cone beam CT (CBCT) CBCT is een specifieke vorm van CT die voornamelijk wordt gebruikt voor tandheelkundige toepassingen. Het maakt een 3D-scan van het gebit en omliggende structuren mogelijk. ## 5\. Gebruik van contraststoffen in röntgenbeeldvorming Contraststoffen zijn essentieel om het contrast te verhogen, met name bij het visualiseren van bloedvaten, organen en het maag-darmkanaal. Ze werken door de absorptie van röntgenstralen te verhogen of te verlagen. ### 5.1 Principes van contrastmiddelen Contraststoffen bevatten doorgaans elementen met een hoog atoomnummer, zoals jodium (met een hoog Z-getal), om de absorptie van röntgenstralen te maximaliseren. Ze moeten voldoen aan verschillende criteria: * **Biocompatibiliteit:** Ze mogen niet toxisch zijn en moeten goed verdragen worden door het lichaam. * **Vorm:** Ze kunnen worden toegediend als oplossing of vaste stof, afhankelijk van de toepassing. * **Kostprijs:** De prijs van de contraststof is ook een overweging. ### 5.2 Contraststoffen voor injectie Contraststoffen voor injectie (intraveneus, intra-arterieel) bevatten vaak jodium. * **Toediening:** Ze worden steriel en zo mogelijk isotoon (vergelijkbare osmolariteit als bloed) toegediend om celbeschadiging te voorkomen. * **Nevenwerkingen:** Mogelijke nevenwerkingen zijn pseudo-allergische reacties, misselijkheid, braken en anafylactische reacties. Nefrotoxiciteit (schade aan de nieren) is een risico, vooral bij patiënten met een verminderde nierfunctie. Ook kan jodium, in hogere concentraties, leiden tot thyrotoxicose (hyperthyroïdisme). * **Excretie:** Jodiumhoudende contraststoffen worden doorgaans snel via de nieren uitgescheiden. > **Voorbeeld:** Bij het visualiseren van een tumor in de lever kan een jodiumhoudende contraststof intraveneus worden toegediend. De contraststof wordt opgenomen in de bloedvaten, waardoor deze beter zichtbaar worden en kunnen worden onderscheiden van potentieel tumorweefsel dat minder contrast opneemt. ### 5.3 Contraststoffen voor het maag-darmkanaal Voor onderzoek van het maag-darmkanaal wordt voornamelijk bariumsulfaat (BaSO$\_4$) gebruikt. * **Oplosbaarheid:** Bariumsulfaat is slecht oplosbaar in water. Dit is een belangrijk veiligheidskenmerk, omdat een oplosbare vorm toxisch zou zijn. * **Toediening:** Het kan oraal worden ingenomen voor onderzoek van het bovenste deel van het maag-darmkanaal (slokdarm, maag, duodenum) of rectaal worden toegediend voor onderzoek van het colon en distale dunne darm. * **Enkelcontrast vs. dubbelcontrast:** * **Enkelcontrast:** Een groot volume bariumsulfaatsuspensie wordt gebruikt om het maag-darmkanaal te vullen en de wanden uit te zetten. * **Dubbelcontrast:** Een kleiner volume bariumsulfaat wordt gebruikt om de mucosa te bedekken, terwijl het lumen wordt uitgezet met een gas (bv. CO$\_2$). Dit leidt tot een betere aflijning van de fijne mucosa details. > **Tip:** CO$\_2$ wordt als gas voor dubbelcontrast vaak verkozen omdat het goed wordt geabsorbeerd door de darmwand en minder nevenwerkingen zoals krampen veroorzaakt dan lucht. ## 6\. Beperkingen en overwegingen bij röntgenbeeldvorming Hoewel röntgenbeeldvorming een krachtig diagnostisch hulpmiddel is, zijn er belangrijke beperkingen en overwegingen, met name met betrekking tot stralingsdosis en de biologische effecten ervan. ### 6.1 Stochastische en deterministische effecten van ioniserende straling * **Deterministische effecten:** Deze effecten treden op boven een bepaalde drempeldosis. Ze zijn voorspelbaar en reproduceerbaar, en de ernst neemt toe met de dosis. Onder de drempeldosis treden deze effecten niet op. * **Stochastische effecten:** Deze effecten, zoals kanker, hebben geen bekende veilige drempeldosis. De kans op het optreden van deze pathologie stijgt met de dosis, zonder dat de ernst ervan direct met de dosis correleert. Dit is vooral relevant bij herhaalde blootstelling aan lagere doses, zoals bij kinderen die meerdere CT-scans ondergaan. > **Tip:** Voor patiënten die herhaaldelijk stralingsonderzoek nodig hebben, kan het overwegen van alternatieve beeldvormingstechnieken zoals MRI een aanbeveling zijn om de cumulatieve stralingsdosis te minimaliseren. ### 6.2 Stralingsdosis en optimalisatie De stralingsdosis die een patiënt ontvangt, is een cruciale factor. Optimalisatie van beeldvormingsprotocollen is essentieel om de diagnostische informatie te maximaliseren met een minimale stralingsdosis. * **CT-scans:** Hebben over het algemeen een hogere stralingsdosis dan planaire radiografie. Ultra-low-dose CT-technieken worden ontwikkeld om de dosis verder te verminderen, terwijl diagnostische scherpte behouden blijft. * **Mammografie:** Wordt uitgevoerd met een lagere dosis röntgenstraling. ### 6.3 Beeldkwaliteit en diagnostische waarde De scherpte van een beeld is niet altijd direct gerelateerd aan de diagnostische waarde. Soms kunnen onscherpe beelden nog steeds voldoende informatie verschaffen voor een diagnose, zoals bij het detecteren van nierstenen met een ultra-low-dose CT. ### 6.4 Botdensitometrie (DXA) Dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) is een techniek die gebruikmaakt van röntgenstraling met twee verschillende energieën om de botdichtheid te meten. * **Werking:** De absorptie van röntgenstraling door botmateriaal volgt een exponentieel verval, beschreven door de formule $I\_x = I\_0 e^{-\\mu\\rho x}$, waarbij $I\_x$ de intensiteit na dikte $x$ is, $I\_0$ de initiële intensiteit, $\\mu$ de massa-absorptiecoëfficiënt, $\\rho$ de dichtheid en $x$ de dikte. * **Berekening:** Door de absorptie bij twee verschillende energieën te meten, kunnen dikte ($\\rho d$) en dichtheid ($\\rho$) van het bot worden bepaald uit een stelsel van twee vergelijkingen. * **T-score:** De gemeten botdichtheid wordt vergeleken met de gemiddelde botdichtheid van een jonge volwassene van hetzelfde geslacht. Een T-score lager dan -2.5 duidt op osteoporose. * **Dosis:** DXA heeft een zeer lage stralingsbelasting, significant lager dan CT-scans voor 3D-botdensitometrie. ### 6.5 Radiotherapie met röntgenstraling Röntgenstraling wordt ook gebruikt voor radiotherapie, met name voor de behandeling van kanker. * **Principes:** Het doel is om de tumor te bestralen met een hoge dosis straling, terwijl het omliggende gezonde weefsel zo veel mogelijk wordt gespaard. Dit wordt bereikt door: * **Bundeldelingshoeken:** De bestralingsbundel wordt vanuit verschillende hoeken op de tumor gericht, zodat de dosis in de tumor wordt gemaximaliseerd en de dosis in het gezonde weefsel wordt verspreid. * **Multileaf collimator:** Deze technologie past de vorm van de bundel aan de vorm van de tumor aan. * **Dosis fractionering:** De totale dosis wordt verdeeld over meerdere behandelingen in de tijd, zodat het gezonde weefsel kan recupereren. * **Energiespectrum:** Voor radiotherapie worden vaak hogere energieröntgenstralen gebruikt (bijvoorbeeld van een lineaire accelerator, LINAC) dan voor diagnostische beeldvorming, om een betere penetratie en selectiviteit te bereiken. * **Alternatieve technieken:** Protontherapie, waarbij protonen worden versneld, is een veelbelovende techniek voor dieper liggende tumoren vanwege de specifieke dosisafgifteprofiel (Bragg-piek). > **Voorbeeld:** Bij de behandeling van een prostaat tumor worden röntgenbundels vanuit verschillende invalshoeken gericht op de tumor. Een multileaf collimator wordt gebruikt om de bundelvorm nauwkeurig af te stemmen op de anatomische vorm van de tumor, waardoor gezonde weefsels zoals de blaas en het rectum worden gespaard. * * * # De röntgenbuis en stralingsgevaren Hier is een gedetailleerde studiehandleiding over de röntgenbuis en stralingsgevaren, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 2\. De röntgenbuis en stralingsgevaren Dit onderdeel behandelt de principes achter de röntgenbuis, de vorming van röntgenstraling, en de biologische effecten en risico's van ioniserende straling. ### 2.1 De röntgenbuis: generatie van röntgenstraling De röntgenbuis is het apparaat dat röntgenstralen genereert door elektronen te versnellen en ze vervolgens te laten botsen op een trefplaat. #### 2.1.1 Werkingsprincipe 1. **Elektronenemissie:** Een gloeidraad wordt verhit door een laagspanningscircuit. Door de hoge temperatuur komen thermische elektronen vrij uit de gloeidraad (kathode). 2. **Elektronenversnelling:** Tussen de kathode en de anode (trefplaat) wordt een hoogspanningsverschil aangelegd. Dit creëert een elektrisch veld dat de elektronen met hoge snelheid naar de anode versnelt. 3. **Botsing en röntgenstralinggeneratie:** Wanneer de versnelde elektronen de anode raken, vertragen ze abrupt. Deze kinetische energie wordt omgezet in warmte (ongeveer 99%) en röntgenstraling (ongeveer 1%). 4. **Vacuüm:** De röntgenbuis is een vacuümbuis om te voorkomen dat de elektronen botsen met luchtmoleculen, wat hun versnelling zou belemmeren. #### 2.1.2 Energie van röntgenstraling De energie van de gegenereerde röntgenstralen is afhankelijk van de spanning over de buis. Een hogere buisspanning resulteert in sneller versnelde elektronen en dus in röntgenstralen met hogere energie. > **Tip:** De energie van de röntgenbuis wordt bepaald door de hoogspanning die tussen de kathode en anode wordt aangelegd. Een hogere spanning leidt tot een hogere energiewaarde van de röntgenstralen. ### 2.2 Biologische effecten van ioniserende straling Ioniserende straling kan biologische schade aanrichten door interactie met cellen en DNA. Deze effecten kunnen worden onderverdeeld in deterministische en stochastische effecten. #### 2.2.1 Deterministische effecten * **Definitie:** Deterministische effecten treden op wanneer de stralingsdosis een bepaalde drempelwaarde overschrijdt. Onder deze drempel is er geen effect. * **Kenmerken:** Ze zijn voorspelbaar, reproduceerbaar en de ernst neemt toe met de dosis. * **Voorbeelden:** Huidverbranding, haarverlies, cataractvorming, steriele onvruchtbaarheid. De beschadiging van weefsels is direct gerelateerd aan het verlies van cel functie, waarbij de schade groter is dan de herstelcapaciteit van het lichaam. * **Drempeldosis:** Er is een specifieke drempeldosis waaronder deze effecten niet optreden. Stralingstherapie wordt met doses boven deze drempel toegepast om tumoren te vernietigen. Diagnostische toepassingen blijven doorgaans onder deze drempel. #### 2.2.2 Stochastische effecten * **Definitie:** Stochastische effecten treden op als een statistische kans, zonder dat er een veilige drempel dosis bestaat. * **Kenmerken:** De kans op het optreden van een pathologie neemt toe met de stralingsdosis, maar de ernst van het effect is niet dosisafhankelijk. * **Voorbeelden:** Kanker en erfelijke afwijkingen. Zelfs relatief lage doses kunnen de incidentie van bepaalde kankers verhogen, vooral bij herhaalde blootstellingen op jonge leeftijd. > **Tip:** Bij kinderen die frequent beeldvorming met röntgenstraling nodig hebben, kan het overwogen worden om MRI te gebruiken om de cumulatieve stralingsdosis en het risico op stochastische effecten te verminderen. ### 2.3 Stralingsrisico's en bescherming Het risico van blootstelling aan röntgenstraling is afhankelijk van de dosis, de duur en de frequentie van de blootstelling. #### 2.3.1 Stralingsbescherming * **Afscherming:** Loodhoudend glas en loodschorten worden gebruikt om personeel te beschermen tegen verstrooiing van röntgenstraling. * **Minimalisatie van dosis:** Operators kunnen zichtbare lichtbronnen gebruiken om de röntgenbundel op het juiste gebied te richten, waardoor onnodige blootstelling wordt verminderd. * **Contrastmiddelen:** Contraststoffen verhogen de absorptie van röntgenstralen in specifieke weefsels of structuren, waardoor het contrast in het beeld wordt verbeterd. Dit kan leiden tot betere diagnostiek met potentieel lagere stralingsdoses voor bepaalde onderzoeken. Echter, het gebruik van contrastmiddelen kan ook bijwerkingen met zich meebrengen. #### 2.3.2 Beperking van stralingsdosis * **CT-scans:** Hoewel CT-scans gedetailleerde 3D-beelden bieden, brengen ze een hogere stralingsdosis met zich mee dan planaire radiografie. Overgebruik en onnodige kosten zijn nadelen. * **Low-dose CT:** Technieken zoals "Ultra-Low-Dose CT" worden ontwikkeld om de stralingsdosis te reduceren, terwijl de diagnostische waarde behouden blijft. > **Example:** De dosis bij een CT-scan van het gehele lichaam is significant hoger dan bij een CT-scan van de schedel, omdat bij de eerste een groter volume aan weefsel wordt blootgesteld aan de röntgenstralen. #### 2.3.3 Contrastmiddelen en risico's Contrastmiddelen worden gebruikt om het contrast te verhogen. * **Jodiumhoudende contrastmiddelen:** Deze bevatten elementen met een hoge Z-waarde (atoomnummer) zoals jodium, wat leidt tot een hogere absorptie van röntgenstralen. * **Bijwerkingen:** Pseudo-allergische reacties, nefrotoxiciteit (vooral bij patiënten met verminderde nierfunctie), en thyrotoxicose (door vrijkomend jodide). * **Bariumsulfaat (BaSO$\_4$):** Gebruikt voor gastro-intestinale onderzoeken. * **Kenmerken:** Onoplosbaar in water, wat de toxiciteit beperkt. Wordt oraal of rectaal toegediend. * **Enkelcontrast:** Groot volume BaSO$\_4$ om het maagdarmkanaal te vullen. * **Dubbelcontrast:** Klein volume BaSO$\_4$ gecombineerd met een gas (bv. CO$\_2$) om de mucosa beter zichtbaar te maken. #### 2.3.4 Belangrijke concepten * **Hounsfield Units (HU):** Een schaal die de radiodichtheid van weefsels kwantificeert. Water heeft 0 HU, lucht -1000 HU, en bot rond de 1000 HU. De instelling van de schaal beïnvloedt de weergave van het beeld. * **Intrinsiek contrast:** Verschil in absorptie van röntgenstralen door weefsels gebaseerd op hun densiteit en chemische samenstelling (atoomnummer Z). Spierweefsel absorbeert minder dan bot door een lagere densiteit en lager Z-getal. * **Strooistraling:** Röntgenstralen die van richting veranderen na interactie met materie, voornamelijk door het Compton-effect. Dit kan leiden tot beeldruis. > **Tip:** Het instellen van de Hounsfield Unit-schaal is cruciaal voor het interpreteren van CT-beelden, aangezien verschillende instellingen verschillende weefsels kunnen accentueren. ### 2.4 Overige toepassingen en technieken * **Mammografie:** Gebruikt een lage energie van röntgenstralen om borstweefsel in beeld te brengen. * **Fluoroscopie:** Creëert een continu röntgenbeeld, vaak gebruikt tijdens procedures zoals interventies. Het is een planair beeld (2D projectie). * **Computertomografie (CT-scan):** Genereert 3D-beelden door röntgenopnames vanuit vele hoeken te combineren. Het resultaat zijn dwarsdoorsneden (sneden) van het onderzochte lichaamsdeel. * **Bone densitometry (DXA):** Meet de botdichtheid door de absorptie van röntgen- en gammastraling te meten. Het bepaalt de dichtheid ($\\rho$) en dikte ($x$) van het botweefsel, vaak met behulp van de formule $I\_x = I\_0 e^{-\\mu \\rho x}$, waar $\\mu$ de massa-absorptiecoëfficiënt is. De T-score vergelijkt de botdichtheid met die van een gezonde jonge volwassene. > **Example:** Bij het bepalen van de botdichtheid met dual-energy bone densitometry (DXA), worden twee vergelijkingen met de onbekenden dikte ($d$) en dichtheid ($\\rho$) opgesteld om deze waarden te berekenen: $$I\_{d1} = I\_{o1} \\cdot e^{-\\mu\_1 \\rho d}$$$$I\_{d2} = I\_{o2} \\cdot e^{-\\mu\_2 \\rho d}$$ * * * # Detectie van straling en beeldvormingstechnieken Dit topic behandelt de diverse methoden en technologieën voor het detecteren van röntgenstraling en de daaruit voortvloeiende beeldvormingstechnieken. ## 3\. Absorptie van röntgenstraling Röntgenstraling wordt geabsorbeerd door weefsels op basis van hun dichtheid en atoomnummer ($Z$). Twee belangrijke interactiemechanismen zijn: * **Foto-elektrisch effect:** Deze interactie is dominant bij lagere röntgenenergieën en bij atomen met een hoog atoomnummer. De absorptie is evenredig met $Z^5$. * **Compton-effect:** Dit effect treedt vaker op bij hogere energieën en is minder afhankelijk van het atoomnummer, ongeveer evenredig met $Z$. Verschillen in absorptie tussen weefsels, zoals bot en spierweefsel, creëren intrinsiek contrast in röntgenbeelden. Dit intrinsieke contrast kan verder versterkt worden door het gebruik van contraststoffen. De dichtheid van weefsel en het atoomnummer zijn hierbij bepalend voor de mate van absorptie. ### 3.1 Hounsfield units De Hounsfield unit (HU) is een schaal die de radiodichtheid kwantificeert. De schaal loopt van -1000 HU (lucht) tot 1000 HU (bot). Gedestilleerd water heeft een waarde van 0 HU. De instelling van de schaal bepaalt de weergave van de verschillende weefsels in het beeld, wat de interpretatie beïnvloedt. ### 3.2 Röntgenbuis Röntgenstralen worden gegenereerd in een röntgenbuis door elektronen te versnellen en ze vervolgens te laten botsen op een trefplaat. Dit proces vindt plaats in een vacuümbuis, aangedreven door een laagspanningscircuit (voor de gloeidraad die elektronen genereert) en een hoogspanningscircuit (voor de versnelling van de elektronen). De energie van de gegenereerde röntgenstralen is afhankelijk van de aangelegde spanning. ### 3.3 Stralingsrisico's Ioniserende straling kan deterministische effecten (met een drempeldosis) en stochastische effecten (zonder veilige drempeldosis, waarbij de kans op pathologie toeneemt met de dosis) veroorzaken. Bij kinderen, die gevoeliger kunnen zijn voor stochastische effecten, kan bij frequente onderzoeken overwogen worden om MRI-scans te gebruiken indien mogelijk. ## 4\. Detectie van straling Verschillende fysische effecten worden benut voor de detectie van röntgenstraling en de omzetting ervan in een detecteerbaar signaal. ### 4.1 Foto-elektrisch effect in detectoren Wanneer röntgenstraling een detectormateriaal treft, kan het foto-elektrisch effect optreden. De energie van de invallende fotonen kan elektronen uit de valentieband naar de conductieband promoveren. De kinetische energie van deze elektronen wordt gegeven door: $$E\_{\\text{kin}} = E\_\\gamma - E\_b$$ waarin $E\_{\\text{kin}}$ de kinetische energie van het elektron, $E\_\\gamma$ de energie van de röntgenstraal en $E\_b$ de bindingsenergie van het elektron is. Het aantal gepromoveerde elektronen is evenredig met de energie van het invallende foton. ### 4.2 Signaaltransformatie De elektronen in de conductieband kunnen verschillende processen ondergaan: * **Scintillatie:** Terugval van elektronen naar de valentieband, waarbij een lichtflits wordt uitgezonden. Deze lichtflits kan door een fotodiode worden gedetecteerd. * **Thermoluminescentie (TLD):** Elektronen worden opgeslagen en komen vrij bij verhitting, waarbij een lichtflits ontstaat die evenredig is met de geabsorbeerde dosis straling. * **Fosforescentie:** Elektronen kunnen ook na belichting langdurig energie opslaan, zoals in fosforplaten. ### 4.3 Digitale flat panel detectoren Moderne beeldvormingssystemen maken vaak gebruik van digitale flat panel detectoren. Deze bestaan uit een 2D-array van detectoren die röntgenstraling omzetten in licht, dat vervolgens door fotodiodes wordt gedetecteerd. Dit maakt directe digitale beeldvorming mogelijk met ruimtelijke codering. ## 5\. Beeldvormingstechnieken Verschillende technieken maken gebruik van röntgenstraling voor diagnostische doeleinden. ### 5.1 Planar imaging (projectiebeelden) Dit is de klassieke röntgenfoto waarbij een 2D-projectie van absorptie wordt verkregen. Eén projectie is vaak voldoende voor eenvoudige fracturen. ### 5.2 Computertomografie (CT-scan) CT-scans genereren een driedimensionale weergave van het onderzochte lichaamsdeel door meerdere röntgenbeelden te maken vanuit diverse hoeken. Een computer reconstrueert deze projecties tot dwarsdoorsneden (slices) van het lichaam. #### 5.2.1 Voordelen van CT t.o.v. planaire radiografie * **Geen interferentie:** Elimineert interferentie van boven- of onderliggende structuren. * **Hogere contrastresolutie:** Maakt beter onderscheid mogelijk tussen weefsels met vergelijkbare Hounsfield eenheden. * **Hogere spatiale resolutie:** Resulteert in scherpere beelden. * **Meerdere perspectieven:** Het doelwitorgaan kan vanuit verschillende zijden worden bekeken. #### 5.2.2 Nadelen van CT * **Hogere stralingsdosis:** De cumulatieve dosis is aanzienlijk hoger dan bij planaire radiografie. * **Kosten:** Overmatig gebruik kan leiden tot hogere zorgkosten. * **Contrastmiddelen:** Er is een grotere kans op bijwerkingen van gebruikte contraststoffen. ### 5.3 Dentale cone beam CT Een specifieke vorm van CT die voornamelijk wordt toegepast voor tandheelkundige beeldvorming, waarbij een conische bundel röntgenstraling wordt gebruikt. ### 5.4 Virtuele coloscopie Een CT-gebaseerde techniek die een 3D-reconstructie van het colon creëert, wat dient als alternatief voor endoscopie. Het biedt het voordeel van minder invasiviteit en geen anesthesie, maar brengt wel een stralingsbelasting met zich mee en maakt geen biopsieafname mogelijk. ## 6\. Contraststoffen voor röntgenbeeldvorming Contraststoffen worden gebruikt om het absorptievermogen van specifieke structuren te verhogen of te verlagen, waardoor het contrast in röntgenbeelden verbetert. ### 6.1 Principes van contraststoffen * **Hoge Z-waarde:** Elementen met een hoog atoomnummer (hoge Z-waarde), zoals jodium, absorberen röntgenstraling efficiënter door het foto-elektrisch effect. * **Hoge concentratie:** Een hoge concentratie van het contrastmiddel in een bepaalde structuur leidt tot een grotere absorptie. * **Biocompatibiliteit:** Contraststoffen moeten veilig zijn en minimaal toxisch. * **Vorm en toediening:** Contraststoffen kunnen worden toegediend als oplossing (intraveneus, intra-arterieel) of als suspensie (oraal, rectaal). ### 6.2 Jodium-gebaseerde contraststoffen Deze stoffen bevatten jodiumatomen en worden vaak gebruikt voor intraveneuze en intra-arteriële toediening. Belangrijke eigenschappen zijn: * **Stabiliteit:** Aromatisch gebonden jodium is stabieler. * **Oplosbaarheid:** Polaire groepen (carboxyl, amide, alcohol) worden toegevoegd om de oplosbaarheid in water te verhogen. * **Osmolariteit:** De osmolariteit moet de celintegriteit niet aantasten; isotoon is ideaal. * **Excretie:** Worden voornamelijk via de nieren uitgescheiden. #### 6.2.1 Toediening en neveneffecten De toediening kan geautomatiseerd zijn om de infusiesnelheid en injectiedruk te optimaliseren. Mogelijke neveneffecten omvatten pseudo-allergische reacties, gastro-intestinale klachten, en nefrotoxiciteit bij risicopatiënten. Jodium kan ook leiden tot thyrotoxicose bij patiënten met autonome schildklierproductie. ### 6.3 Barium-gebaseerde contraststoffen Bariumsulfaat ($BaSO\_4$) is een veelgebruikte suspensie voor maag-darmkanaal onderzoek. * **Onoplosbaarheid:** Barium is intrinsiek toxisch, maar door de lage oplosbaarheid wordt het niet systemisch geabsorbeerd. * **Enkelcontrast:** Grote volumes vullen het maag-darmkanaal. * **Dubbelcontrast:** Een klein volume bedekt de mucosa, waarbij het lumen wordt uitgezet met gas (bv. $CO\_2$) voor een betere weergave van de mucosa. $CO\_2$ wordt goed geabsorbeerd en geeft minder krampen. ## 7\. Botdensitometrie Deze techniek meet de absorptie van röntgen- of gammastraling door bot om de botdichtheid te bepalen. De absorptie volgt een exponentieel verval: $$I\_x = I\_0 e^{-\\mu \\rho x}$$ waarin $I\_x$ de intensiteit na passage door een materiaal van dikte $x$, $I\_0$ de initiële intensiteit, $\\mu$ de massa-absorptiecoëfficiënt, $\\rho$ de dichtheid en $x$ de dikte is. ### 7.1 Dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) DXA maakt gebruik van röntgenstraling van twee verschillende energieën om de dikte en dichtheid van het bot te bepalen door een stelsel van twee vergelijkingen op te lossen: $$I\_{d1} = I\_{o1} e^{-\\mu\_1 \\rho d}$$$$I\_{d2} = I\_{o2} e^{-\\mu\_2 \\rho d}$$ waarin $d$ de dikte en $\\rho$ de dichtheid zijn. DXA is een 2D-methode met een lage stralingsdosis. De gemeten botdichtheid wordt vergeleken met een referentiewaarde (T-score) om osteoporose te diagnosticeren. ## 8\. Andere toepassingen van röntgenstraling ### 8.1 Mammografie Mammografie maakt gebruik van röntgenstraling met lage energie voor borstonderzoek, met een relatief lage stralingsdosis. ### 8.2 Kristallografie Kristallografie gebruikt röntgenstraling van lage energie voor het bepalen van de structuur van kristallen. ### 8.3 Radiotherapie Röntgenstraling wordt ook gebruikt voor de behandeling van kanker. Hierbij wordt een hogere energie gebruikt dan voor diagnostische doeleinden, vaak met behulp van lineaire versnellers (LINACs) of protontherapie. Het doel is de tumor te bestralen terwijl gezond weefsel zo veel mogelijk wordt gespaard, door de bundel te fractioneren en de invalshoeken aan te passen. Protontherapie maakt gebruik van de Bragg-piek om de energieafgifte nauwkeurig te sturen. * * * # Contraststoffen en hun toepassing Dit gedeelte behandelt de verschillende soorten contraststoffen die gebruikt worden in röntgenbeeldvorming, hun eigenschappen, toedieningsmethoden, en de bijbehorende voor- en nadelen en mogelijke neveneffecten. ### 4.1 Principes van contrastverbetering in röntgenbeeldvorming Röntgenbeeldvorming is gebaseerd op de transmissie van röntgenstralen door weefsel, waarbij een deel geabsorbeerd wordt door het foto-elektrisch effect en het Compton-effect. De mate van absorptie is afhankelijk van de dichtheid en de atoomnummers ($Z$) van de weefsels. Intrinsiek contrast wordt gevormd door de natuurlijke verschillen in absorptie tussen weefsels (bv. bot vs. zacht weefsel). Contraststoffen worden toegevoegd om het contrast verder te verhogen door de absorptie op specifieke locaties te veranderen. * **Intrinsiek contrast:** Afhankelijk van de chemische samenstelling, het aantal protonen en de dichtheid van weefsels. * **Zachte weefsels:** Samengesteld uit elementen met lage atoomnummers (C, H, O), lage dichtheid, en dus lage absorptie. * **Bot:** Bevat elementen met hogere atoomnummers (Ca, P) en heeft een hogere dichtheid, wat resulteert in sterkere absorptie. * **Contraststoffen:** Verbeteren het contrast door absorptie te verhogen of te verlagen. * **Verhogen absorptie:** Gebruik van elementen met een hoge atoomnummer ($Z$), zoals jodium. Dit effect is voornamelijk gerelateerd aan het foto-elektrisch effect, dat sterker toeneemt met $Z^5$. * **Verlagen absorptie:** Gebruik van stoffen die röntgenstraling minder absorberen dan het omringende weefsel, zoals gassen (CO$\_2$). ### 4.2 Kwantificatie van radiodensiteit: Hounsfield Units De Hounsfield Unit (HU) schaal is een lineaire transformatie van de lineaire attenuatiecoëfficiënt. * Gedestilleerd water: $0$ HU * Lucht: $-1000$ HU * Bot (maximaal): $1000$ HU Zachte weefsels bevinden zich tussen deze waarden. Het verschil tussen weefsels kan beperkt zijn, waardoor het aanpassen van de schaalinstelling cruciaal is voor de beeldinterpretatie. ### 4.3 Soorten contraststoffen #### 4.3.1 Contraststoffen voor röntgeninjectie (intraveneus, intra-arterieel) Deze contraststoffen zijn vaak jodiumhoudend en worden gebruikt om bloedvaten, organen en pathologische processen zichtbaar te maken. * **Eigenschappen:** * **Element/verbinding:** Meestal jodiumhoudende verbindingen vanwege hun hoge absorptie-efficiëntie. * **Biocompatibiliteit:** Moeten zo min mogelijk toxisch zijn, wat afhankelijk is van de concentratie. * **Vorm:** Oplossing is vereist voor injectie. * **Steriliteit:** Essentieel om infecties te voorkomen. * **pH:** Liefst rond $6-7$. * **Toniciteit:** Liefst isotoon om celbeschadiging (barsten of opzwellen) te voorkomen. * **Viscositeit:** Lage viscositeit is wenselijk om de bloedstroom in capillairen niet te beïnvloeden. * **Stabiliteit:** Moeten chemisch stabiel zijn. * **Snelle excretie:** Het lichaam moet de stof snel kunnen uitscheiden na de scan. * **Jodiumgebaseerde contraststoffen:** * Bevatten maximaal aantal joodatomen per molecule. * Joodatomen zijn aromatisch gebonden voor metabolische stabiliteit. * Polaire groepen (carboxyl, amide, alcohol) worden toegevoegd om de oplosbaarheid te verbeteren. * Voorbeelden: Joxaglinezuur (Hexabrix Guerbet) met polaire groepen voor verhoogde oplosbaarheid. Aromatische ringen met meerdere joodatomen (bv. 3 joodatomen per ring). * **Toediening:** * Afstandsbediend en geautomatiseerd voor optimale infusiesnelheid en beperking van maximale injectiedruk. * Ingenbouwde verwarming verlaagt de viscositeit. * Monitoring van injectiedruk is belangrijk om veneuze scheuren te voorkomen. * **Multidose:** Voorzorgsmaatregelen tegen cross-contaminatie (terugslagklep) en microbiële contaminatie (gebruik één set per dag). * **Neveneffecten:** * **Pseudo-allergische reacties:** Kan leiden tot nausea, braken en anafylactische reacties, soms tot 48 uur na toediening. * **Nefrotoxiciteit:** Verhoogd risico bij patiënten met verminderde nierfunctie, ouderen, of gelijktijdig gebruik van nefrotoxische middelen. Stoffen met lage osmolaliteit hebben een geringer risico. * **Thyrotoxicose/Hyperthyroïdie:** Kan optreden door vrijzetting van jodide, vooral bij patiënten met autonome schildklierproductie. #### 4.3.2 Contraststoffen voor het maag-darmkanaal Deze worden oraal of rectaal toegediend en dienen om het maag-darmkanaal zichtbaar te maken. * **Bariumsulfaat (BaSO$\_4$):** * **Eigenschappen:** * Natuurlijk onoplosbaar in water (zeer lage oplosbaarheid: $0,3$ mg/100 mL water), wat intrinsieke toxiciteit beperkt. * Deeltjesgrootte: $1-100$ nm. * "Colloïdale" eigenschappen: trage aggregatie en uitzakken. * Additieven: suspendeermiddelen, antischuimmiddelen, smaakstoffen, kleurstoffen, zoetstoffen, antibacteriële middelen. * **Toediening:** * **Oraal:** Onderzoek van het proximaal gastro-intestinaal stelsel (mond, farynx, slokdarm, maag, duodenum, proximale dunne darm). * **Rectaal:** Onderzoek van het colon en distale dunne darm. * **Typen:** * **Enkelcontrast:** Groot volume BaSO$\_4$\-suspensie om het maagdarmkanaal volledig te vullen en het lumen uit te zetten. Kan leiden tot neveneffecten. * **Dubbelcontrast:** Klein volume BaSO$\_4$\-suspensie om de mucosa te bedekken, aangevuld met een gas (lucht, CO$\_2$, stikstof) om het lumen uit te zetten. Dit levert betere aflijning van fijne mucosa details op. CO$\_2$ wordt goed geabsorbeerd en geeft minder neveneffecten (krampen, pijn). * **Gassen (bv. CO$\_2$, lucht, stikstof):** * Fungeren als negatief contrastmiddel (lagere absorptie-efficiëntie dan het omliggende weefsel). * CO$\_2$ wordt vaak gebruikt bij intraveneuze injectie. ### 4.4 Toepassingen en voordelen van contraststoffen * **Verbeterde visualisatie:** Contraststoffen maken structuren en pathologieën zichtbaar die anders niet of slecht zichtbaar zouden zijn. * **Voorbeeld:** Tumoren in de lever kunnen beter onderscheiden worden van bloedvaten door de verhoogde absorptie van jodium in de bloedvaten. * **Diagnostiek van bloedvaten:** Digitale subtractie angiografie (DSA) maakt met contraststof bloedvatstructuren gedetailleerd zichtbaar, inclusief aneurysmata. * **Onderzoek van het maag-darmkanaal:** Zowel enkel- als dubbelcontrastonderzoek met bariumsulfaat geeft inzicht in de wandstructuur en eventuele afwijkingen. * **CT-scans:** Contraststoffen verhogen de contrastresolutie en ruimtelijke resolutie, waardoor weefsels met vergelijkbare Hounsfield-eenheden beter onderscheiden kunnen worden. Dit is cruciaal voor het in beeld brengen van organen zoals de lever of het coronaire vaatstelsel (lage dosis). ### 4.5 CT-scans en contraststoffen CT-scans gebruiken een reeks röntgenbeelden vanuit verschillende hoeken, gereconstrueerd tot een driedimensionale weergave. Contraststoffen zijn hierbij essentieel om weefselverschillen te accentueren. * **Voordelen van CT t.o.v. planaire radiografie:** * Geen interferentie van boven- of onderliggende structuren. * Hogere contrastresolutie en ruimtelijke resolutie. * Doelwitorgaan kan vanuit verschillende zijden bekeken worden. * **Nadelen van CT:** * Hogere stralingsdosis. * Hogere kostprijs (leidt tot overgebruik). * Nevenreacties op contraststoffen. > **Tip:** Virtuele coloscopie, een reconstructie van een CT-scan, biedt een alternatief voor endoscopie en bariumonderzoek, met als voordeel dat geen anesthesie nodig is en minder ongemak voor de patiënt. Het nadeel is de stralingsbelasting en het onvermogen om biopten te nemen. > **Tip:** Bij diagnostiek van bijvoorbeeld een armbreuk is een 3D-beeld (CT-scan) meestal niet nodig; planaire röntgenopnames volstaan. ### 4.6 Alternatieven en overwegingen * **MRI:** Kan in sommige gevallen een alternatief zijn, met name bij jonge kinderen waar de stochastische effecten van röntgenstraling een grotere zorg zijn. * **Stralingsdosis:** Bij CT-scans wordt een groter volume van het lichaam onderzocht dan bij schedelfoto's, wat resulteert in een hogere totale stralingsdosis. * **"Ultra-Low-Dose" CT:** Technieken die met een aanzienlijk lagere stralingsdosis toch diagnostisch relevante beelden kunnen produceren, bijvoorbeeld voor de detectie van nierstenen. De vraag is of een scherper beeld altijd noodzakelijk is voor een correcte diagnose. ### 4.7 Contraststoffen en ioniserende straling Contraststoffen verhogen de absorptie-efficiëntie van röntgenstralen, voornamelijk door elementen met een hoog atoomnummer zoals jodium te gebruiken. Dit verhoogt het verschil in absorptie tussen het contrastmiddel en het omliggende weefsel, wat resulteert in een verbeterd beeldcontrast. De effectiviteit van een contraststof hangt af van de concentratie, de atoomnummers van de elementen en de sensitiviteit van het detectiesysteem. * * * # Radiotherapie met röntgenstraling Radiotherapie met röntgenstraling maakt gebruik van ioniserende straling om kankercellen te vernietigen, waarbij de principes van dosisoptimalisatie, specifieke technieken en mogelijke neveneffecten centraal staan. ### 5.1 Principes van radiotherapie Radiotherapie is een behandeling die bij ongeveer 50% van de kankerpatiënten wordt toegepast. Het uitgangspunt is dat kankercellen gevoeliger zijn voor straling dan gezond weefsel, met name de cellen die zich snel delen. #### 5.1.1 Deterministische en stochastische effecten Ioniserende straling kan biologische effecten veroorzaken, die onderverdeeld worden in deterministische en stochastische effecten: * **Deterministische effecten:** Deze effecten treden op boven een bepaalde drempeldosis. Het effect is voorspelbaar en reproduceerbaar. De schade aan cellen overtreft de herstelcapaciteit van het lichaam. Voorbeelden zijn huidverbrandingen (erytheem) of haarverlies. In de radiotherapie worden doses gebruikt die ver boven de drempeldosis liggen om tumoren te vernietigen. * **Stochastische effecten:** Deze effecten hebben geen duidelijke drempeldosis en treden op als een statistische kans. De kans op het ontstaan van pathologie, zoals een secundaire kanker, stijgt met de dosis. Zelfs bij relatief lage doses kan er een geringe toename zijn in de incidentie van bepaalde kankers, met name bij kinderen die herhaaldelijk onderzoeken met ioniserende straling ondergaan. > **Tip:** Het is cruciaal om onderscheid te maken tussen deze twee soorten effecten bij het beoordelen van de risico's van radiotherapie. Deterministische effecten zijn te voorkomen door onder de drempeldosis te blijven (relevant voor diagnostiek), terwijl stochastische effecten een inherente, zij het kleine, kans vormen die niet volledig uitgesloten kan worden, zelfs bij optimale behandeling. #### 5.1.2 Dosisoptimalisatie en selectiviteit Het doel van radiotherapie is om de tumor zo effectief mogelijk te bestralen, terwijl het omliggende gezonde weefsel zo min mogelijk schade oploopt. Dit wordt bereikt door: * **Hogere energie straling:** Het gebruik van röntgenstraling met hogere energie (bijvoorbeeld van een lineaire versneller of LINAC) zorgt voor een meer gelijkmatige absorptie van straling over verschillende weefsellagen, in tegenstelling tot lagere energieën die sterker aan de oppervlakte worden geabsorbeerd. Dit verbetert de verhouding van geabsorbeerde straling in de tumor ten opzichte van het omliggende weefsel. * **Bundelverdeling over verschillende invalshoeken:** Door de bestralingsbundel vanuit meerdere hoeken op de patiënt te richten, wordt de dosis op elk individueel stuk gezond weefsel gespreid en geminimaliseerd, terwijl de tumor een geconcentreerde dosis ontvangt. #### 5.1.3 Dosis fractionering Een belangrijke techniek om gezond weefsel te laten recupereren en de effectiviteit van de behandeling te optimaliseren, is dosis fractionering. Hierbij wordt de totale bestralingsdosis verdeeld over meerdere behandelsessies die in de tijd gespreid zijn. Dit geeft de gezonde cellen de kans om te herstellen tussen de sessies door. ### 5.2 Technieken in radiotherapie Verschillende geavanceerde technieken worden toegepast om de precisie en effectiviteit van radiotherapie te verhogen. #### 5.2.1 Multileaf Collimator (MLC) Een Multileaf Collimator (MLC) is een essentieel onderdeel van moderne lineaire versnellers. Het bestaat uit honderden loodplaten (leaves) die op afstand kunnen worden bewogen. Hiermee kan de vorm van de röntgenbundel nauwkeurig worden aangepast aan de vorm van de tumor. Dit verbetert de selectiviteit van de bestraling aanzienlijk. > **Tip:** Zie de MLC als een soort "lens" voor de röntgenbundel, waarmee de contour van de tumor exact gevolgd kan worden. Dit maximaliseert de dosis op de tumor en minimaliseert de dosis op het gezonde weefsel eromheen. #### 5.2.2 Protontherapie Protontherapie is een geavanceerde vorm van radiotherapie die gebruik maakt van protonen in plaats van röntgenstralen. Protonen hebben de unieke eigenschap dat ze hun energie afgeven op een specifieke diepte in het weefsel, bekend als de Bragg-piek. * **Voordelen:** * **Gerichte energiedosis:** De energieafgifte is afhankelijk van de diepte, waardoor de tumor op een specifieke diepte maximaal bestraald kan worden. * **Gezond weefsel sparen:** Gezond weefsel vóór en na de tumor wordt significant minder blootgesteld aan straling dan bij röntgenbestraling. Dit maakt protontherapie zeer geschikt voor dieper gelegen tumoren. * **Apparatuur:** Protonen worden versneld in cyclotrons of synchrotrons en vervolgens via een gantry naar de patiënt geleid. * **Positionering:** Extreem nauwkeurige positionering van de patiënt is cruciaal voor de effectiviteit van protontherapie. Dit vereist vaak het gebruik van maskers om de patiënt in de juiste houding te houden tijdens de behandeling. > **Voorbeeld:** Stel je een tumor voor die diep in het lichaam ligt. Met röntgenstraling gaat de bundel door de tumor heen en blijft hij gezond weefsel achter de tumor beschadigen. Met protontherapie kan de Bragg-piek precies op de diepte van de tumor worden ingesteld, waardoor het gezonde weefsel erachter vrijwel ongemoeid blijft. #### 5.2.3 Gebruik van beeldvorming bij planning Voorafgaand aan de radiotherapie worden gedetailleerde beeldvormende technieken, zoals CT-scans, gebruikt om de exacte locatie, grootte en vorm van de tumor te bepalen. Op basis van deze beelden wordt een behandelplan opgesteld, waarbij de benodigde dosis, de invalshoeken van de stralenbundel en de instellingen van de apparatuur (zoals de MLC) worden berekend. ### 5.3 Nevenwerkingen van radiotherapie Ondanks de vooruitgang in technieken kunnen er nevenwerkingen optreden, afhankelijk van het bestraalde lichaamsdeel en de toegepaste dosis. #### 5.3.1 Algemene nevenwerkingen * **Vermoeidheid:** Een veelvoorkomende algemene nevenwerking. * **Gebrek aan eetlust:** Kan optreden door algemene malaise. * **Haarverlies:** Treedt op in het bestraalde gebied. * **Risico op secundaire kanker:** Een stochastisch effect met een geschat risico van ongeveer 1%. #### 5.3.2 Specifieke nevenwerkingen per lichaamsdeel * **Huid:** Erytheem (vergelijkbaar met zonnebrand), blaren, droogheid. Behandeling kan bestaan uit verzachtende crèmes en een hoge factor zonnecrème na de bestraling. * **Hoofd en hals:** Smaakveranderingen, droge mond of dik speeksel (kunstspeeksel kan verlichting bieden), pijn bij het slikken, vernauwing van de slokdarm, ademhalingsproblemen. Bij kinderen kan dit leiden tot een vermindering van het IQ. * **Borstkas:** Slikproblemen, reflux, en op de lange termijn hartproblemen. * **Buik:** Diarree, misselijkheid, braken, darmontsteking, veranderingen in het plaspatroon, vermoeidheid, intolerantie voor melkproducten, verminderde opname van voedingsstoffen. > **Tip:** Het is belangrijk om de nevenwerkingen te monitoren en tijdig te behandelen. Een goede communicatie met het medische team kan helpen bij het beheersen van deze bijwerkingen en het verbeteren van de levenskwaliteit van de patiënt tijdens de behandeling. #### 5.3.3 Contraststoffen en radiotherapie Hoewel contraststoffen primair worden gebruikt voor diagnostische beeldvorming, is het relevant om te weten dat hun eigenschappen (zoals het verhogen van absorptie) gebaseerd zijn op principes die ook in de radiotherapie worden overwogen, zoals het onderscheid tussen tumor- en gezond weefsel. Echter, de dosis die wordt toegediend bij radiotherapie is aanzienlijk hoger en gericht op celdoding, niet op beeldverbetering. #### 5.3.4 Beperkingen van röntgenstraling in therapie Bij de bestraling van dieper gelegen weefsels met röntgenstraling, blijft er altijd een hogere dosis achter in het gezonde weefsel dat de tumor passeert, in vergelijking met protontherapie. Dit maakt protontherapie een efficiëntere optie voor dergelijke gevallen. Röntgenstraling kan echter nog steeds zeer effectief zijn voor oppervlakkige tumoren. * * *

| Term | Definition | |------|------------| | Röntgenbuis | Een vacuümbuis waarin röntgenstraling wordt gegenereerd door het versnellen van elektronen die vervolgens op een trefplaat botsen, waardoor hun kinetische energie wordt omgezet in röntgenfotonen. | | Foto-elektrisch effect | Een interactie waarbij een röntgenfoton een elektron uit een atoombaan van een absorberend materiaal stoot, waarbij de energie van het foton wordt geabsorbeerd en het elektron wordt uitgestoten. Dit effect is sterk afhankelijk van de atoomnummer ($Z^5$). | | Compton-effect | Een interactie waarbij een röntgenfoton met een elektron in het omringende weefsel botst, waarbij een deel van de energie van het foton wordt overgedragen aan het elektron en het foton van richting verandert met verminderde energie. Dit effect is afhankelijk van de atoomnummer ($Z$). | | Hounsfield units (HU) | Een lineaire schaal die de radiodichtheid van weefsels kwantificeert in CT-scans, waarbij water 0 HU, lucht -1000 HU en bot ongeveer 1000 HU vertegenwoordigt. Deze eenheden helpen bij het differentiëren van weefseltypen. | | Deterministische effecten | Biologische effecten van ioniserende straling die optreden boven een bepaalde drempeldosis en voorspelbaar zijn in hun aard en ernst, zoals weefselschade. | | Stochastische effecten | Biologische effecten van ioniserende straling waarbij de waarschijnlijkheid van optreden, maar niet de ernst, toeneemt met de dosis, zoals kanker. Er is geen veilige drempeldosis bekend. | | Fluoroscopie | Een röntgenbeeldvormingstechniek die continu beelden produceert, waardoor dynamische processen in het lichaam zichtbaar worden, vaak gebruikt tijdens medische procedures zoals interventies. | | Scintillatie | Een detectiemechanisme waarbij interactie van straling met een materiaal een lichtflits (foton) produceert, die vervolgens door een fotodetector wordt omgezet in een elektrisch signaal. | | Thermoluminescentie (TLD) | Een methode voor het meten van stralingsdosis waarbij stralingsenergie wordt opgeslagen in een kristal en vrijkomt als licht wanneer het kristal wordt verwarmd; de hoeveelheid licht is evenredig met de geabsorbeerde dosis. | | Fosfor storage plaat (PSP) | Een detectiemethode die een fosforlaag gebruikt om röntgenenergie op te slaan, die later kan worden uitgelezen door een laser, waardoor een digitaal beeld ontstaat. Dit wordt ook wel computed radiography (CR) genoemd. | | Digitale flat panel detector | Een moderne röntgendetector die een tweedimensionaal raster van detectorelementen bevat die röntgenfotonen direct of indirect omzetten in elektrische signalen om een digitaal beeld te vormen. | | Computertomografie (CT-scan) | Een beeldvormingstechniek die röntgenstralen gebruikt om dwarsdoorsneden (sneden) van het lichaam te creëren. Een röntgenbuis en detector roteren rond de patiënt, en een computer reconstrueert vervolgens 3D-beelden uit een reeks 2D-sneden. | | Ioniserende straling | Straling met voldoende energie om elektronen uit atomen en moleculen te verwijderen, waardoor ionen ontstaan. Dit omvat röntgenstralen en gammastralen. | | Contraststof | Een substantie die wordt toegediend om het contrast tussen verschillende weefsels of structuren in een medisch beeld te verhogen, door selectief röntgenstralen te absorberen of te verstrooien. | | Radiotherapie | Een medische behandeling die ioniserende straling gebruikt om kankercellen te doden of te beschadigen, met als doel tumorgroei te stoppen of te vertragen. | | Bragg-piek | Het fenomeen waarbij geladen deeltjes zoals protonen hun maximale energiedepositie afleveren aan het einde van hun traject in een medium, wat wordt gebruikt in protontherapie om tumoren met minimale schade aan omliggend gezond weefsel te behandelen. | | Nefrotoxiciteit | Schade aan de nieren veroorzaakt door blootstelling aan bepaalde stoffen, waaronder contraststoffen die bij CT-scans worden gebruikt, vooral bij patiënten met reeds bestaande nierproblemen. | | Epidermale groei factor receptor (EGFR) | Een eiwit dat op het celoppervlak voorkomt en betrokken is bij celgroei en -deling. Remming van EGFR kan de groei van bepaalde kankertypes vertragen. | | Gemengde lineaire attenuatiecoëfficiënt ($\mu$) | Een maat voor de mate waarin röntgenstralen worden verzwakt (geabsorbeerd en verstrooid) per eenheid van lengte van het materiaal, en is afhankelijk van de energie van de straling en de samenstelling van het materiaal. | | Photon-counting detector | Een geavanceerde röntgendetector die de energie van individuele röntgenfotonen kan meten, wat leidt tot verbeterde beeldkwaliteit en lagere stralingsdoses in vergelijking met conventionele detectors. | | Multileaf collimator (MLC) | Een apparaat in lineaire versnellers dat de vorm van de röntgenbundel aanpast aan de vorm van de tumor, waardoor de dosis op het doelgebied wordt gemaximaliseerd en de blootstelling van gezond weefsel wordt geminimaliseerd. |