1 / 41
Lesduur is: 50 minIntroductie
De CT-scan wordt vaak genoemd als toepassing van röntgenstralen. Hoe de beeldvorming in een CT-scan werkelijk verloopt, blijft doorgaans buiten beschouwing. Deze les gaat uitvoerig, maar op een eenvoudige en praktische manier in op de constructie en reconstructie van een CT-scanbeeld. Aan de hand van een puzzel krijgen leerlingen op een praktische manier inzicht in de reconstructie van een CT-beeld.
De les start met een korte herhaling van de belangrijkste begrippen. Dit kan eventueel achterwege gelaten worden. Daarna word aan de hand van een eenvoudig voorbeeld besproken hoe in een CT-scan in eerste instantie röntgenbeelden worden gemaakt, en hoe vervolgens deze beelden worden samengevoegd tot een reconstructie van wat er in het lichaam te zien is.
De les eindigt met het zelf construeren reconstrueren van een beeld aan de hand van een sudoku-achtige activiteit.
Instructies
Voorkennis van leerlingen
Deze les kan gegeven worden als de begrippen röntgenstraling en halveringsdikte besproken zijn.
Voorbereiding van de docent
- Neem de les een keer door.
- Zorg dat de werkbladen in de bijlage geprint zijn.
De les start met een korte herhaling van de belangrijkste begrippen. Dit kan eventueel achterwege gelaten worden. Daarna word aan de hand van een eenvoudig voorbeeld besproken hoe in een CT-scan in eerste instantie röntgenbeelden worden gemaakt, en hoe vervolgens deze beelden worden samengevoegd tot een reconstructie van wat er in het lichaam te zien is.
De les eindigt met het zelf construeren en reconstrueren van een beeld aan de hand van een nonogram-achtige activiteit.
Leerdoelen/vaardigheden
- De leerling kan uitleggen wat een CT-scan is.
- De leerling kan het verschil tussen een CT-scan en een röntgenfoto uitleggen.
- De leerling kan verklaren hoe verschil in halveringsdikte beeldcontrast geeft.
- De leerling kan beschrijven hoe projecties worden gecombineerd tot 2D- en 3D-beelden.
- De leerling kan uitleggen wat een sinogram en backprojection zijn.
- De leerling kan een eenvoudige CT-sudoku oplossen en interpreteren als beeldreconstructie.
Aansluiting curriculum
De röntgenfoto is onderdeel van het curriculum. Daarbij wordt vaak de CT-scan genoemd als geavanceerde toepassing. De werking van de CT-scan, met name de constructie en reconstructie van het beeld blijft daarbij doorgaans achterwege.
Deze les vormt een logische volgende stap na het bespreken van röntgenstraling en halveringsdikte.
Deze les sluit aan bij Domein E2 Elektromagnetische Straling en Materie.
Deze les vormt een logische volgende stap na het bespreken van röntgenstraling en halveringsdikte.
Deze les sluit aan bij Domein E2 Elektromagnetische Straling en Materie.
Feedback
De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!
Werkbladen
Onderdelen in deze les
Slide 1 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 2 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 3 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Hoe komt deze foto tot stand?
Slide 4 - Woordweb
Introductie van het onderwerp
Kern van de zaak is dat er röntgenstraling op het lichaam gestuurd wordt. Het lichaam absorbeert een deel van de straling en laat en deel door. Hoe meer straling er doorgelaten wordt, hoe zwarter de foto wordt.
Afbeelding: ForbiddenJazz. (2025). Lateral Face X-Ray [Afbeelding]. Wikimedia Commons.
Slide 5 - Tekstslide
Optionele slide!
De door de gloeikathode te verwarmen worden er elektronen uitgezonden. Die worden in het elektrisch veld versneld zodat ze met grote snelheid op de anode terechtkomen. Die is doorgaans gemaakt van wolfraam of een andere stof met een hoge dichtheid.
Bij de botsingen van de elektronen op het anodemateriaal wordt de energie die de elektronen verliezen uitgezonden in de vorm van röntgenfotonen.
(daarnaast vinden we pieken in het röntgenspectrum afkomstig van de anode-atomen: de snelle elektronen slaan elektronen weg uit de binnenste schillen. Elektronen uit hogere schillen vallen terug naar lagere schillen en daarbij worden heel specifieke röntgenfotonen uitgezonden.
(daarnaast vinden we pieken in het röntgenspectrum afkomstig van de anode-atomen: de snelle elektronen slaan elektronen weg uit de binnenste schillen. Elektronen uit hogere schillen vallen terug naar lagere schillen en daarbij worden heel specifieke röntgenfotonen uitgezonden.
Door de vorm van de anode wordt een groot deel van de röntgenstraling naar buiten gericht.
Achter het lichaam zit een detector of film die meet hoeveel straling er overblijft.
Slide 6 - Tekstslide
Indien nodig is dit een korte HERHALING
Vraag
Waarom zijn radiogolven niet geschikt voor medische beeldvorming, maar is röntgenstraling dat wel?
A
Radiogolven hebben een te lage energie om door te dringen.
B
Röntgenstraling gaat beter door botten heen.
C
Radiogolven zijn te gevaarlijk voor menselijk weefsel.
D
Röntgenstraling reflecteert beter aan de huid.
Slide 7 - Quizvraag
Radiogolven hebben een lage frequentie en lage fotonenergie.
Röntgenstraling heeft hogere energie -> dringt door zacht weefsel, maar wordt deels geabsorbeerd door bot -> verschil in intensiteit -> contrastbeeld.
Antwoord B is letterlijk genomen ook waar, maar juist het feit dat röntgenstraling grotendeels door botten geabsorbeerd wordt is een kenmerkend aspect van de geschiktheid.
Antwoord A is vele malen beter.
C is onjuist: radiogolven hebben een lage energie, en zijn daardoor ongevaarlijk voor mensen.
C is onjuist: radiogolven hebben een lage energie, en zijn daardoor ongevaarlijk voor mensen.
D is onjuist: röntenstraling reflecteert niet aan de huid.
Reflectie aan de huid speelt wel en rol bij het maken van een echo, maar dat is een andere beeldvormende techniek.
Reflectie aan de huid speelt wel en rol bij het maken van een echo, maar dat is een andere beeldvormende techniek.
Slide 8 - Tekstslide
HERHALING
Afbeelding: ForbiddenJazz. (2025). Lateral Face X-Ray [Afbeelding]. Wikimedia Commons.
Slide 9 - Tekstslide
Noot:
In werkelijkheid wordt röntgenstraling niet alleen geabsorbeerd of doorgelaten, maar ook deels verstrooid. Voor deze uitleg laten we verstrooiing weg, omdat het effect op dit niveau klein is en de basisgedachte niet verandert. Het diagram laat lagen materiaal zien van één halveringsdikte.Slide 10 - Tekstslide
De grafiek laat zien hoe de intensiteit van röntgenstraling afneemt als de dikte van het materiaal toeneemt. Bij elke halveringsdikte halveert de intensiteit (100% → 50% → 25% → 12,5%). De kromme vorm laat zien dat de afname niet lineair maar exponentieel is.
Vraag
Waar blijft de meeste straling over?
A
A
B
B
C
Evenveel bij A als bij B
D
Dit is niet te voorspellen
Slide 11 - Quizvraag
Uitleg: De blokjes hebben dezelfde dikte.
Dus bij B blijft de meeste straling over.
De halveringsdikte bij A is kleiner, er is dus minder materiaal nodig om de intensiteit te verkleinen, dus zal de straling sneller afnemen.
Anders gezegd: blokje A bestaat uit meer halveringsdiktes dan blokje B.
Dus bij B blijft de meeste straling over.
Slide 12 - Tekstslide
De dichtheid van een materiaal is van grote invloed op de halveringsdikte. Hoe groter de dichtheid, hoe kleiner de halveringsdikte.
Vraag
Wat is een belangrijk nadeel van een gewone röntgenfoto?
A
Een röntgenfoto laat geen verschillen zien tussen links en rechts.
B
Je krijgt alleen informatie over één laag.
C
Alle structuren liggen over elkaar heen, waardoor diepte-informatie ontbreekt.
D
Alleen lucht is zichtbaar.
Slide 13 - Quizvraag
Uitleg: Een röntgenfoto is een projectiebeeld: de bundel gaat recht door het lichaam en de detector registreert alles in één vlak. Je ziet dus geen diepte of onderscheid tussen overlappende weefsels.
Slide 14 - Tekstslide
Op de röntgenfoto zie je alles over elkaar heen als één schaduwbeeld, terwijl je op de CT-scan het lichaam laag voor laag ziet en veel meer details kunt onderscheiden. Je ziet op de CT-scan dan ook de longen, bloedvaten, luchtwegen en het hart los van elkaar. Door een CT scan kan je heen scrollen door verschillende lagen in het lichaam. Je ziet een doorsnede.
Door op de hotspot bij de CT-scan te klikken kom je op een website waar je door (een deel van) het lichaam kunt scrollen.
Door op de hotspot bij de CT-scan te klikken kom je op een website waar je door (een deel van) het lichaam kunt scrollen.
Sleepvraag
Opdracht
Sleep de voorbeelden naar de best passende techniek.
Röntgenfoto
CT-scan<div><br /></div>
botbreuk in arm
tanden bij tandarts
bloedvaten in 3D reconstrueren
minder details, lagere stralingsbelasting
meer details, hogere stralingsbelasting
Slide 15 - Sleepvraag
Benadruk dat röntgenfoto en CT-scan hetzelfde type straling gebruiken, maar anders worden ingezet.
Röntgenfoto:
Botbreuk in arm
Tanden bij tandarts
Snel, lagere stralingsbelasting
CT-scan:
Bloedvaten in 3D reconstrueren
Gedetailleerde plakjes, hogere stralingsbelasting
Slide 16 - Tekstslide
Een CT-scan is een beeldvormende techniek die röntgenstraling gebruikt om het lichaam in dunne plakjes af te beelden. In tegenstelling tot een gewone röntgenfoto is er geen overlap van structuren. Door alle plakjes samen te voegen ontstaat een veel duidelijker beeld, waarin ook zachte weefsels goed zichtbaar zijn.
Slide 17 - Tekstslide
Bij een CT draait de scanner rond het lichaam en meet vanuit elke richting hoeveel straling erdoorheen gaat. Elke meting vanuit één richting heet een projectie. De computer verzamelt honderden van deze projecties vanuit verschillende hoeken. Deze meetgegevens vormen de basis voor het latere reconstrueren van het CT-beeld.
Slide 18 - Tekstslide
Bij een CT-scan bekijk je het gehele voorwerp in plakjes, laagjes. Elk plakje wordt van meerdere kanten doorgelicht.
In dit voorbeeld:
Het plakje dat we bekijken is een 3×3-vierkant dat we als black box bekijken: we weten nog niet waar het materiaal zit. Om daar achter te komen belichten we het plakje van verschillende kanten.
Eerst meten we vanuit één richting hoeveel straling er door elke rij gaat: dat geeft een schaduw (projectie).
Die gemeten waarden projecteren we terug door ze uit te smeren over alle vakjes langs die richting.
Dit levert nog geen scherp beeld op, maar wel een eerste schatting van waar materiaal kan zitten.
Vraag
Waar zit het materiaal dat de schaduwen veroorzaakt?
A
B
C
D
Alle antwoorden zijn mogelijk
Slide 19 - Quizvraag
uit één projectie kun je niet bepalen waar in de diepte het materiaal zit.
De donkere strook (schaduw) kan ook veroorzaakt worden door materiaal op meerdere mogelijke plekken langs de stralingsrichting.
Alle getekende opties leveren dezelfde projectie op → met één projectie is de locatie niet uniek.
Slide 20 - Tekstslide
We herhalen het proces vanuit een andere richting.
Slide 21 - Tekstslide
Alle projecties van 0° tot 180° , alle stripjes met de projecties, worden onder elkaar gezet in één overzicht: dat heet een sinogram. Een sinogram is dus geen direct beeld van het voorwerp, maar een verzameling meetgegevens per hoek. In deze “code” zit alle informatie die nodig is om later het CT-beeld te reconstrueren.
Alsof elk schaduwbeeld van de lampen onder elkaar is gezet.
Slide 22 - Tekstslide
Animatie van hoe een sinogram wordt opgebouwd: opstapeling van metingen uit verschillende opeenvolgende hoeken.
Voor de duidelijkheid is er gebruik gemaakt van kleuren.
Stel je voor dat de straling van links komt en door het draaiende setje van kleurenfilters gaat. Rechts van het draaiende voorwerp ontstaat de projectie. Hoe groter de afstand die het licht door een filter moet afleggen, hoe feller de kleur wordt weergegeven in het sinogram.
Pas op: dit is een kunstmatige (niet fysisch realistische) weergave, bedoeld om te illustreren hoe een sinogram wordt opgebouwd uit een serie projecties.
Stel je voor dat de straling van links komt en door het draaiende setje van kleurenfilters gaat. Rechts van het draaiende voorwerp ontstaat de projectie. Hoe groter de afstand die het licht door een filter moet afleggen, hoe feller de kleur wordt weergegeven in het sinogram.
Pas op: dit is een kunstmatige (niet fysisch realistische) weergave, bedoeld om te illustreren hoe een sinogram wordt opgebouwd uit een serie projecties.
Animatie: LucasVB. (2021). Radon transform sinogram [Animatie]. Wikimedia Commons.
Slide 23 - Tekstslide
Bij backprojection gebruikt de computer alle projecties om terug te rekenen waar in het lichaam de straling is verzwakt. Hij weet vanuit welke richtingen de straling kwam en langs welke lijnen die is gegaan. Waar veel van deze lijnen elkaar kruisen, zat dicht weefsel. Door dit proces voor honderden hoeken te herhalen ontstaat uiteindelijk een scherp CT-beeld.
In het linker deel van de animatie zien we het sinogram, in het rechterdeel worden de stroken uitgerekt en onder de juiste hoek over elkaar gelegd. Zo ontstaat de reconstructie van het beeld.
In het linker deel van de animatie zien we het sinogram, in het rechterdeel worden de stroken uitgerekt en onder de juiste hoek over elkaar gelegd. Zo ontstaat de reconstructie van het beeld.
Slide 24 - Tekstslide
Nu combineren we de projecties uit meerdere richtingen.
Waar meerdere uitgesmeerde schaduwen elkaar overlappen, worden de vakjes donkerder: daar zit waarschijnlijk meer materiaal.
Zo ontstaat stap voor stap contrast in het beeld.
Hoe meer richtingen en detectoren, hoe beter de verdeling → meer detail en meer pixels, net als bij een echte CT-scan.
Slide 25 - Video
Het filmpje geef een animatie van het proces van projectie en back-projectie.
Het onderwerp is het cijfer 2, uitgevoerd in legoblokjes.
Het onderwerp is het cijfer 2, uitgevoerd in legoblokjes.
Na de projectie in de eerste richting volgt direct de back-projectie in die richting. Daaroverheen komt de projectie en backprojectie in de tweede richting.
Vervolgens gebeurt hetzelfde in de laatste twee richtingen.
Vervolgens gebeurt hetzelfde in de laatste twee richtingen.
Beetje bij beetje ontstaat het beeld van de 2 uit de stapeling van de backprojecties.
Slide 26 - Tekstslide
Wanneer de computer alle backprojections heeft gecombineerd, ontstaat één scherp tweedimensionaal plakje van het lichaam: een doorsnede.
Maar een CT-scanner maakt niet één, maar tientallen tot honderden van zulke plakjes, telkens een fractie van een millimeter verschoven.
De computer stapelt die plakjes digitaal op tot een compleet 3D-model.
In de praktijk worden na de basis backprojectie nog allerlei filters toegepast om het contrast in de afbeelding te optimaliseren.
Voor het reconstrueren van bloedvaten wordt er contrastvloeistof ingediend die de absorptiesterkte van het bloedvat verhoogt. Hierdoor is er een duidelijkere overgang in een scan waar de bloedvaten zitten en kan de computer de overgang naar de gewenste absorptiesterkte aanpassen om 'eruit te pakken.'
Zo kan de arts:
het lichaam vanuit elke richting bekijken,
virtuele doorsnedes maken,
en zelfs een 3D-reconstructie van organen of bloedvaten genereren.
Afbeelding bekken: VMikael Häggström. (2017). 3D rendered CT of bony pelvis 1 [Afbeelding]. Wikimedia Commons.
Afbeelding schedel: Dr.Victor.Yang. (2009). CCondylar canal [Afbeelding]. Wikimedia Commons.
Vraag
Heeft de contrastvloeistof die wordt gebruikt bij een 3D-beeld van bloedvaten een grote of kleine halveringsdikte?
A
Grote halveringsdikte
B
Kleine halveringsdikte
C
De halveringsdikte maakt niet uit
D
De halveringsdikte verschilt per bloedvat
Slide 27 - Quizvraag
Contrastvloeistof absorbeert röntgenstraling sterk, en daar is maar een dun laagje vloeistof voor beschikbaar. Al een dun laagje contrast halveert de stralingsintensiteit, waardoor bloedvaten duidelijk zichtbaar worden op de CT en geschikt zijn voor 3D-reconstructie.
Contrastvloeistof heeft dus een kleine halveringsdikte.
Contrastvloeistof heeft dus een kleine halveringsdikte.
Slide 28 - Video
een video van een 3D constructie van het hoofd.
Slide 29 - Tekstslide
Vanaf hier is het werkblad leidend.
De computer in een CT-scanner gebruikt ongelooflijk veel wiskunde om al die metingen om te zetten in een 2D- en 3D-beeld.
We gaan het nu zelf op een kleinschalige, tastbare manier doen: jullie worden even de CT-computer!
De scanner meet de verzwakking van straling vanuit verschillende hoeken (0°, 45°, 90° en 135°).
Jij gaat zelf deze metingen gebruiken om het binnenste van het object te reconstrueren, precies wat de computer doet!
Slide 30 - Tekstslide
Stap 1: De scanner maakt de projecties
De scanner meet bij elke hoek hoeveel “dichte vakjes” er in elke rij of kolom zitten. De resultaten (het aantal dichte vakjes dat de straling tegenkwam) zet je achter de lijn.
Stap 2: De waarden overnemen in een leeg raster
Je zet de meetwaarden (de “projecties”) rondom een lege matrix. Zo zie je vanuit vier richtingen hoeveel dichte vakjes er per lijn zijn.
Stap 3: Het beeld reconstrueren
Gebruik de getallen om te bepalen waar de dichte vakjes moeten komen. Waar meerdere richtingen overlappen met hoge waarden, daar moet bot of dicht weefsel zitten.
Slide 31 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 32 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 33 - Tekstslide
Stap 1 – Ontwerp je eigen beeld (links)
Kleur in de linker matrix een aantal dichte vakjes (jouw eigen “object”).
Kies zelf een patroon, het mag van alles zijn!
Stap 2 – Bepaal de projectiewaarden
Tel bij elke richting (0°, 45°, 90°, 135°) hoeveel dichte vakjes de straling per lijn zou tegenkomen.
Noteer die getallen rondom de matrix, dat zijn jouw scanresultaten.
Stap 3 – Zet de getallen over in de rechter matrix
Gebruik de getallen uit jouw linker matrix om de projectiewaarden in te vullen rond de rechter matrix.
Laat de matrix leeg van binnen.
Stap 4 – Wissel met een klasgenoot!
Ruil werkbladen en probeer elkaars CT te reconstrueren!
Slide 34 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 35 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 36 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 37 - Tekstslide
Link naar vragenlijst voor leerlingen:
ut.onl/leerling4tu
Slide 38 - Tekstslide
Link naar vragenlijst voor docenten:
ut.onl/docent4tu
Slide 39 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 40 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 41 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies