Y Học Hạt Nhân, Xạ Trị Và An Toàn Bức Xạ Trong Y Học - Cao Đẳng Y Tế Hà Nội.pdf

TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ HÀ NỘI KHOA Y Bộ MÔN HÌNH ẢNH Y HỌC Y HỌC HẠT NHÂN, XẠ TRỊ VÃ AN TÓÃN Bức xạ trong ỳ học Ths Cao Văn Chính Hà Nội, năm 2021 1 THỜI GIAN THỰC HIỆN 270 giò (3 LT+5 THBV) Lý thuyết 4[.]

TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ HÀ NỘI

THỜI GIAN THỰC HIỆN: 270 giò (3 LT+5 THBV)

- Tính chất: Môn học cung Cấp cho sinh viên cơ sở lý thuyết về y học hạt nhân,

xạ trị, một số quy trình cơ bản trong thực hành chụp xạ hình, xạtrị ung thưvà các quy tắc an toàn bức xạ trong y học hạt nhân vàxạ trị Môn học cung cấp cho sinhviên các kỹ thuật xạ trị ungthư phổ biến hiện nay

II Mục tiêu môn học

- Kiến thúc

1 Trình bày được nguyên lý hoạt động và Cấu tạo máy máy SPECT, máy PET,máy PET/CT, máy Gia tốc xạ trị vàmáy chụp CT-SIM

2 Trình bày được vai trò của PET/CT trong lập kế hoạch xạ trị

3 Nêu được cácquytắc an toàn bứcxạ trong y học hạt nhân và xạ trị ung thư

4 Trình bày được quy trình cơ bản trong chụp xạ hình và trong xạ trị ung thư

7 Thể hiện thận trọng tỷ mỷ, chính xác, đảm bảo an toàn về điện và an toàn bức

xạ khi sử dụng thiếtbị y học hạtnhân

III Nội dung môn học

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thòi gian lý thuyết.

thuyết CHƯƠNG 1 Y HỌC HẠT NHÂN

2 Tính chất chung của một số loại bức xạ ion hóa 2

CHƯƠNG 2 XẠ TRỊ UNG THƯ

1 Nguyên tắc của xạ trị và cơ sở phân chia liều lượng xạtrị 5

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạtđộng của máy gia tốc xạtrị 5

4 Kỹ thuật xạ trị theo hình dạng khối u (3D-CRT) 6

5 Vai trò củaPET/CT trong lập kế hoạch xạtrị 1

7 Quytrình kỹ thuật xạ trị ung thư vùng đầumặt cổ 1

8 Quytrình kỹ thuật xạ trị ung thư vùng ngực 1

10 Quy trình kỹ thuậtxạ trị ung thư vùng tiểukhung 1

CHƯƠNG 3 THÔNG Tư LIÊN TỊCH QUY ĐỊNH VÊ BẢO ĐẢM

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG Y TÉ

3

2 Nội dung thực tập

1 Hỗ trọ’ KTV thục hiện quy trình chụp xạ hình khối u vói

Tc99m-MIBI

- Chuẩn bị bệnh nhân, chuẩn bị thiết bị, duợc chất phóng xạ,

tiếnhành, phân tích kết quả

2 Hỗ trọ’ KTV thục hiện quy trình chụp xạ hình tưói máu

phổi

- Chuẩn bị bệnh nhân, chuẩn bị thiết bị, duợc chất phóng xạ,

tiếnhành, phân tích kết quả

3 Hỗ trọ ’ KTV thực hiện quy trình chụp xạ hình tuyến giáp

- Chuẩn bị bệnh nhân, chuẩn bị thiết bị, duợc chất phóng xạ,

tiếnhành, phân tích kết quả

4 Hỗ trọ ’ KTV thực hiện quy trình chụp xạ hình tuyến vú

- Chuẩn bị bệnh nhân, chuẩn bị thiết bị, duợc chất phóng xạ,

tiếnhành, phân tích kếtquả

5 Hỗ trọ’ KTV thực hiện quy trình kỹ thuật xạ trị ung thư

7 Hỗ trọ ’ KTV thực hiện quy trình kỹ thuật xạ trị ung thư vú

- Chuẩn bị bệnh nhân, chuẩnbị thiết bị, tiến hành, theo dõi, xử

CHƯƠNG 1 Y HỌC HẠT NHÂN

BÀI 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ Y HỌC HẠT NHÂN

Thời gian: 3 giờ lýthuyết

I Mục tiêu của bài

- Kiến thúc:

1 Trình bày được khái niệmvà các dạng phân rã phóng xạ

2 Trình bày được khái niệm dược chất phóng xạ và các đặc tính của dược chất phóng xạ

3 Trình bày được cấu trúc của hệ ghi đo phóng xạ trong y học hạt nhân

4 Trình bày được các kỹ thuật cơ bản trong áp dụng đồng vị phóng xạ vào Y học hạt nhân

II Nội dung bài

Thông thường, một nguyên tố hóa học đều có những đồng vị khác nhau.Hiện nay, người ta đã tìm ra hơn 300 đồng vị tự nhiên và có gần 1000 đồng vịphóng xạ nhân tạo

Nguyên tố hóa học mà hạt nhân của nó mang tính phóng xạ được gọi là đồng vị phóng xạ Những đồng vị phóng xạ do con người tạo ra bằng những phương pháp kỹ thuậtkhác nhau được gọi là đồng vịphóng xạ nhân tạo

Đe giải thích rõ hiện tượng phóng xạ của một đồng vị phóng xạ, người tadùng sơ đồ phân rã phóng xạ Trên sơ đồ người ta ghi ký hiệu của hạt nhân trước

và sau khi xảy ra hiện tượng phóng xạ, chu kỳ bán rã của quá trình và các phần trăm xác suất của mồi dạng phân rã Trạng thái cơ bản của hạt nhân U'ước và sau hiện tượng phóng xạ được biểu diễn bằng đường đậm nét nằm ngang Các trạngthái bị kích thích của hạt nhân mới tạo thành sau phân rã được biểu diễn bằng các vạch đậm nét hơn có ghi kèm theo giá trị của mức năng lượng tương ứng Quátrình phân rã dẫn đến tạo thành hạt nhân mới có điện tích lớn hơn hạt nhân banđầu được ký hiệubằng mũi tênđi xuống và hướngvề bên phải

Neu hạt nhân mới có điện tích nhỏ hơn hạt nhân ban đầu thì quá trình phân

rã được ký hiệu bằng mũi tênđi xuống và hướng về bên trái

Còn quá trình phân rã không làm thay đổi điện tích của hạt nhân thi được

ký hiệu bằng mũi tên hình sóng, đi xuống và đi thẳng đứng

Khi xảy ra hiện tượng phân rã phóng xạ ở một hạt nhân thì nó có thê chịu một quá trình biến đổi liên tiếp nhau hoặc đồng thời với nhau với xác suất nhất định Mồi quátrình biến đổi đó được gọi là một phân raphóng xạ

Sơ đồ phân rã của Co-60

Hình 1.1: Sơ đồ phân rã phóng xạ của Co-60 được dùng trong y học

b) Đặc điểm

- Có bản chất là một quá trình biến đổi hạt nhân

- Cótính tự phát và không điều khiển được.

- Là một quá trình ngẫu nhiên

1.2 Các dạng phân rã phóng xạ

Các tia phóng xạ thường được đi kèm trong sự phóng xạ của các hạt nhân

Có 3 loại tia phóng xạ phát ra trong quá trình phân rã của hạt nhân, chúng có bản chất khác nhau là tia anpha (ký hiệu là a), tia beta (kí hiệu là P), tia gamma (kíhiệu lày)

Các tia phóng xạ là những tia không nhìn thấy được, nhưng có những tácdụng cơ bản như kích thích một số phản ứng hóa học, ion hóachất khí

b) Phóng xạ Ịỉ

Tia p là các hạt phóng xạ phóng xạ với tốc độ lớn (xấp xỉ tốc độ ánh sáng), cũng làm ion hóa không khí nhưng yếu hơn tia a Trong không khítia p có thể điđược quãng đườngdàivài mét và trong kim loại có thể đi được vài mm Tia p bịlệch trong điện trường Có hai loại phóng xạ p là p+ và P"

* Phóng xạ /P: °e.i

Phương trình phân rã P"có dạng:

Thực chất trong phân rã p+ còn sinh ra một hạt sơ cấp (goi là hạt notrino).

Ví dụ: Hạt nhân phôt-pho P30 phóng xạ + và biến đổi thành hạt nhân silic

Si 30 theo phương trình sau:

30p ,0 ,30 Qj

15 r ^+1e+ 1451

Chú ý: Các hạt notrỉno và phản notrỉno là những hạt không mang điện, có khối

lượng bằng 0 và chuyến động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ảnh sáng.

c) Phóng xạ y:

- Hạt nhân con Y sau phóng xạ tt, , & có thể ở trạngthái kích thích Hạtnhân này sau đó sẽ trở về trạngthái bình thường và phát ra phôtôn có năng lượng cao Các phôtônnày được gọi là tia gamma

- Không có biến đổi hạt nhân trong phóng xạ 7

- Vì hạt phóng xạ trong phóng xạ 7 là phô tôn (không có điện tích và không

có khối lượng nghỉ) nên ta ký hiệu hạt gamma là o'

Như vậy tia y là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn, cũng là hạt phôtôn cónăng lượng cao, thường đi kèm trong các phóng xạ p+ và p~

Tia y có khả năng xuyên thấu lớn hơn nhiều so với tia a và p Trong bê tông có thể đi được vàimet Trong chì có thể đi được vài centimet

2 Dưọ’c chất phóng xạ

2.1 Khái niệm

Đồng vị phóng xạ có thể ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị ĐVPX khi vào cơ thể tham gia vào các quá trình sinh lý (chuyển hoá, phân bố, thải trừ) giống như đồng vị thường, không gây racác tác dụng dược lý

ĐVPX + chất mang = dược chất phóng xạ (thuốc phóng xạ) DCPX ở dạnguống hoặc tiêm, có thể ở dạng khí 133Xe ở dạng khí dùng trong đánh giá thông khí phổi, dạng dung dịch như Nai, dạng keo hạt của các muối vô cơ, dạng huyền phù, nhũ tương của các phân tử hữu cơ

Tuỳ mục đích, cơ quan cần chẩn đoán mà dùng chất mang khác nhau.Chẳng hạn 99mTc-SESTAMIBI dùng trong ghi hình tưới máu cơ tim,DMSA, "mTc-DTPA dùng trong ghi hình thận, 99mTc-HMPAO trong ghi hìnhnão

hình vì những bức xạ này có khả năng lon hóa mạnh làm mô bị tổn thương, mặc

dù có thể có một số bức xạ xuyên qua được cơ thể nhưng không vào được các thiết bị đo, nên không ghi hình được Bức xạ Alpha truyền năng lượng tuyến tínhcao, gây tổn thương tế bào nhiều, không dùng trong chẩn đoán

b Nàng lượng

Đe ghi hình tốt dược chất phóng xạ lý tưởng phải có mức năng lượng từ

100 - 250 KeV vì phù họp với thiết diện máy trên hoặc dưới giới hạn đó chấtlượng ghi hình kém đi Mặc dù vậy trên thực tế lâm sàng có những chất có cónăng lượng cao hơn hoặc thấp hơn vẫn phải dùng không thay thế được 2OIT1, 133

Xe, có năng lượng 70-80 KeV 131I, 67Ga có năng lượng tương ứng 364 KeV và

300 KeV là những chất hay dùng trong chẩn đoán, về mặt năng lượng thì nhữngchấtthích họp hơn cả là 99mTc,1231

Ví dụ: "mTC ( Technetium), ’"In, 123I dùng trong chẩn đoán

c Tính khả dụng

Dược chất phóng xạ cầncóđời sống không quá ngắn để có thể vận chuyển thuận lợi từ nơi sàn xuất tới nơi sử dụng; giá cả phải chăng, phù hợp với điềukiện kinh tế của bệnh nhân

d Phản ứng hóa học

99mTc được coi là dược chất phóng xạ tốt dùng được cho nhiều loại xét nghiệm chẩn đoán khác nhau vì 99mTc có khả năng liên kết với nhiều họp chấttrong điềukiện sinhlý bình thường mà không ảnh hưởngtới cơ quan khác

Type of decay*

99mTc có thể tạo thành họp chất với nhiều loại, từ các phân tử đơn giảnnhưpyrophosphat tới các chất hữu cơ nhóm đường như glucoheptonat, từ peptide đến các kháng thể, từ các dạng colloid không hoà tan tới các kháng sinh và nhiều họpchấtkhác nữa

Bàng 1.2: Đặc trưng của một số ĐVPX dùng trong ghi hình PET:

Ví dụ ghi hình tuyến giáp, đích là tuyến giáp, không đích là các mô khác vùng cổ, nếu tỷ lệ chỉ 1,5:1 thì rất khó nhận dạng ít nhất phải đạt 3:1 Khi tiến hành ghi hình xương có 2 cặp đích và không đích Đích và không đíchthứ nhất là xương và phần mềm, giả sửtỷ số xương và phần mềm là 5:1 thì tỷ số di căn phần mềm là 25:1 Neutỷ số đích và không đíchthấp thì cần làm xạ hình muộn

f Thời gian bán thải hiệu dụng (effective half life )

Dược chất phóng xạ được coi là lý tưởng nếu thời gian bán thải hiệu dụng

= 1,5 lần thời gian cần thiết để ghi hình chẩn đoán Chất "mTc- MDP là chất haydùng cho xạ hình xương vì có Tl/2= 6h trong đó ghi hình xương cần 411, vậy tỷ

số đạt 1,5:1

g An toàn cho người bệnh

Dược chất phóng xạ đưa vào cơ thể phải đảm bảo an toàn không độc hạivới người bệnh Đe đảm bảo an toàn cho người bệnh cán bộ chuyên môn cần tuânthủ nguyên tắc ALARA (As Low As Reasonably Achievable), tức là lieu dùng càng nhở càng tốt nhưng phải ghi hình được rõ và đối với trẻ em phải giảm liều.Nhớ rằng ghi hình SPECT (Single Photon Emission Computerized Tomography)đòi hởi lieu xạ cao hơn ghi hình phang( planer imaging)

2.2.2 Các đặc tính dưọc chất phóng xạ dùng trong điều trị

a Loại bức xạ

Trong điều trị cần những loại bức xạ có quãng đường đi ngắn có tốc độtruyền năng lượng tuyến tính cao để hủy diệt tế bào tại chồ rấttốt mà không ảnh hưởng tới các mô lân cận ĐVPX phát bức xạ p đáp ứng được yêu cầu này hơnĐVPXphát các bức xạ gamma Các ĐVPX phát ra Alpha cũng có khả năng phá hủy tế bào mạnh nhưng rất khó sử dụng trong thực tế

VÍ DỤ: I131 dùng trong điều trị cường giáp, K giáp vì I131 phát ra bức xạ p vớinăng lượng trung bình là 0,60 MeV (Eb = 0,60 MeV) và tia gamma (y) với Ey =

0,364 MeV giúp cho ghi hình và đo độ tập trung để chẩn đoán, p có tác dụng hủydiệttế bào tuyến giáp dùng I131 thì 90% do p chỉ có 10% do tia gamma

b Năng lượng

Mục tiêu là hủy diệt tế bào vì vậy cần dùng các ĐVPX phát bức xạ có nănglượng cao Những ĐVPX phát ra bức xạ p với năng lượng > IMeV là thíchhợp.Đồng thời phát bứcxạ gamma sẽ có lợi cho việc ghi hình trong quá trình điều trị

c Thời gian bán thải hiệu dụng (effective half life)

Nếu thời gian quá ngắn hiệu quả điều trị thấp, thời gian quá dài sẽ có hạicho cơ thể Thời gian hiệu dụng của dược chất phóng xạ trong điều trị thông

thường được tính bằng ngày hoặc giờ Để điều trị bệnh tuyến giáp thì I131 là chất

cóTeff = 8,0207 ngày rất thích họp

d Tỷ số đỉch - không đích

Trong chẩn đoán tỷ số này có ý nghĩa quan trọng nhưng trong điều trị tỷ sốnày còn quan trọng hơn nữa và có ý nghĩa quyết định Ví dụ điều trị di căn ung thư vào xương dược chất phóng xạ phải tập họp nhiều ở 0 di căn, không ảnh hưởng tới xương, tủy vào phần mem Yeu cầu dược chất phóng xạ phải tinhkhiết

về mặt hóa học và tínhtoán đo lường chính xác lượng đưa vào

e An toàn bức xạ

Dược chất phóng xạ phải đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, nhân viên Tínhkinh tế và tính khả dụng dược chất phóng xạ phảiđạt được yêu cầu dễ sử dụng, ít độc hại và giá thành không cao:

Đặc tính dược chất phóng xạ đường tiêm: phải đạt 2 yêu cầu (không có chứanhiệt tố, vô khuẩn), nhiệt tố là những chất hòa tan trong nước không bị phá hủy ở nhiệt độ của nồi hấp thấm qua được màng lọc, gây sốt khi tiêm vào cơ thể Ngoài ra dược chất phóng xạ đườngtiêm phải có độ đẳng trương như máu, dượcchấtphóng xạ đưa vào cơ thể phải đúng liều lượng vì thế phải đo trên máy chuẩnliều

3 Cấu trúc hệ ghi đo phóng xạ và thể hiện kết quả trong y học

Đe chẩn đoán và điều trị bệnh cần phải ghi đo bức xạ Một hệ ghi đo bìnhthường cần có các bộ phận như sau:

3.1 Đầu dò (Detector)

Đây là bộ phận đầu tiên của hệ ghi đo Như chúng ta đã biết các bức xạhạt nhân là những đại lượng không có đặc trưng vật chất cụ thể (không màu, không mùi, không vị) Đe ghi đo nó phải dựa trên nguyên tắc cơ bản là tương táccủa bứcxạ hạt nhân với vật chất

Tuỳ loại tia và năng lượng của nó, đặc điểm của đối tượng được đánh dấu

mà ta lựa chọn đầu đếm cho thích hợp

Neu tia beta có năng lượng mạnh hơnhoặc nếu là tia gamma, có thể dùng ống đếm G.M làm đầu đếm Đầu đếm này thấy ở các thiết bị cảnh báo hoặc rà ônhiễm phóng xạ Các ống đếm tỷ lệ, các buồng ion hoá cũng thường được dùng như một Detector để tạo nên liều lượng kế Hiện nay trong lâm sàng, hầu hết các thiết bị chẩn đoán đềucó các đầu đếm bằng tinh thể phát quang rắn INa(Tl) Tinh thể đó có thể có đường kính nhỏ như máy đo độ tập trung iốt tuyến giáp,hình giếng trong các liều kế hoặc máy đếm xung riêng rẽ hay trong máy đếm tự động Đầu đếm cũng có thể là một tinh thể nhấp nháy lớn có đường kính hàng chục cm hoặc được ghép nối lại để có đường kính đến 40 60 cm trong các máy ghi hình phóng xạ

3.2 Nguồn cao áp (Hight voltage)

Các đầu đếm hoạt động dưới mộtđiện thế nhất định Đa số đầu đếm cầnđến nguồn cao áp và được gọi là nguồn nuôi Điện thế hoạt động của chúng cókhi lên đến hàng nghìn vôn Vì vậy trong hệ ghi đo cần có bộ phận để tăng điện thế từ nguồn điện lưới lên đến điện thế hoạt động xác định riêng cho mồi loại đầu đếm

1 2 3 4

Nguồn cao áp

Hình 1.2: Hệ ghi đo phóng xạ1) Đầuđếm; 2) Bộ phận khuếch đại; 3) Phântích phổ và lọc xung;

4) Bộ phận thể hiện kết quả: xung, đồ thị, hình ảnh

3.3 Bao định hướng(Collimators)

Gắn liền với đầu dò là hệ thống bao định hướng Có thể coi nó như mộtphần không thể thiếu được của đầu dò Mục đích của bao định hướng là chọn lựa tia, chỉ cho một số tia từ nguồn xạ lọt qua trường nhìn của bao vào đầu dò vàngăn các tiayếu hơnhoặc lệch hướng (tia thứcấp) bằng cách hấp thụ chúng Nhờ vậy hiệu suất đo, độ phân giải của hình ảnh thu được sẽ tốt hơn và xác định rõtrường nhìn của đầu dò Tuỳ thuộc năng lượng bức xạ và độ sâu đối tượng quan tâm (tổn thương bệnh lí) mà lựa chọn bao định hướng Hình dạng có thể là cửa sổtròn, sáu cạnh hoặc vuônậ Chiều dày của vách ngăn phụ thuộc vào năng lượng bức xạ cần định hướng để đo Vách ngăn rất mỏng thích họp cho đo các bức xạ

có năng lượng thấp của 125I, 197Hg, 99mTc Góc nghiêng củavách ngăn với bề mặttinh thể của đầudò phụ thuộc chiềudài củatiêu cự Khoảng cách tiêu cự thường là

3 4-5 inches

Bao định hướng thường làm bằng chì vì ngăn tia tốt và dễ dát mỏng, dễ đúc khuôn Chúng được gọi tên theo số cửa sổ: một cửa hay nhiều cửa Độ nhạy chúng khác nhau Độ phân giải tương đối của chúng cũng cao thấp khác nhau Mức nănglượng thích họpvới chúng được quy định là cao, trung bình vàthấp

3.4 Bộ phận khuếch đại(Amplifier)

Xung điện được tạo ra qua đầu đếm thường rất bé, khó ghi nhận Do vậy cần phải khuếch đại chúng Có thể có nhiều tầng khuếch đại và cũng có nhiều kỳthuậtđể khuếch đại Nhờ các tiến bộvề điện tử học, cáckỹ thuậtkhuếchđại bằng đèn điện tử thông thường ngày nay nó được thay thế bằng các bóng bán dẫn vàcác kỹ thuật vi mạch có nhiều ưu điểm hơn Bộ phận khuếch đại này khôngnhững làm tăng điện thế và biên độ của xung mà còn làm biến đổi hình dạngxung cho sắc nét để dễ ghi đohơn

3.5 Máy phân tích phổ năng lượng (Spectrometer)

Chùm bức xạ phát ra từ nguồn phóng xạ thường bao gồm nhiều tia vớinhững năng lượng khác nhau Mỗi một ĐVPX có một phổ xác định với những đặc điểm của giải năng lượng, đỉnh (peak) của phổ Một thiết bị đặc biệt để phânbiệt năng lượng tia beta hoặc gamma và xác định phổ của chùm tia được gọi là máy phân tích phổ Nhờ máy phân tích phổ chúng ta có thể xác định được đồng

vịqua dạngphổ năng lượng

Kèm theo máy phân tích phổ có thể có bộ phận chọn xung trong hệ ghi đo

Bộ chọn xung (dyscriminator) là thiết bị điện tử để cho những xung điện có biên

độ nhất định lọt qua và đi vào bộ phận đếm Tùy yêu cầu có thể chúng ta chỉ chọnnhững xung có biên độ nhất định, không quá lớn và không quá bé Vì vậy có thểxác định ngưỡng trên hoặc ngưỡng dưới của biên độ xung Trong các máy đếm

xung thông thường người ta chỉ sử dụng một ngưỡng dưới nghĩa là cắt bỏ nhữngxung quá yếu có biên độ quá thấp Giá trị ngưỡng này phải lựa chọn tuỳ theo năng lượng phát ra của từng ĐVPX.

3.6 Thể hiện kết quả

3.6.1 Đem xung

Yêu cầulâm sàng trong YHHN rất phong phú Đe ghi đo hoạt độ phóng xạ trong phần tử (B) và phần tự do (F) khác nhau trong định lượng RIA, người ta đo các ống nghiệm và kết quả được thể hiện bằng số xung (imp/min) Những mẫu bệnh phẩm trong nghiên cứu huyết học, hấp thu qua đường ruột, chuyển hoá các chất trong cơ thể cũng thường được đo bằng xung

Trong môi trường xung quanh chúng ta bao giờ cũng có một số bức xạnhất định đang tồn tại Chúng tác độngvào các hệ ghi đo và tạo nên một số xung nhất định được gọi là phóng xạ nền (phông) Hoạt độ phóng xạ nền đó cao thấp tuỳ nơi, tuỳ lúc và tuỳ thuộc loại bức xạ cần lựa chọn thời gian đo thích hợp tuỳ theo độ lớn của phông so với hoạt độ phóng xạ có trong mẫu để đạt độ tin cậy và

độ chính xác nhất định của phép ghi đo

Vì vậy phải xử lý số liệu đo theo thuật toán thống kê Những máy móc hiện đại có thể kèm theo những chương trình phần mềm chuyên dụng để xử lý

tự động Có thể xác định thời gian cần đo hoặc dung lượng xung tối đa muốn có rồi máy tự động dừng lại khi đạt yêu cầu Máy đếm xungrất cần trong các Labonghiên cứu và mong muốn độ chính xác cao với hàng loạt các ĐVPX khác nhau Kỳ thuật đếm xung có thể áp dụng cho cả tia beta và tia gamma Nó thường được dùng trong các kỳ thuật in vitro, nghĩa là đo các mẫu bệnh phẩm

có bứcxạ tác dụng vào khôngkhí, cácphân tửkhí bị ion hoá tạo racác cặp ion âm

và dương Dưới tác động của điệntrường trong buồng, các ion đó dịch chuyển về 2cực Tại cực chúng trung hoà bớt điện tích của 2 điện cực và gây nên sự sụt giảm điện thế Đo độ giảmđiện thế hay đo cường độ dòng điện của các ion chuỵển dịch chính là đo liều lượng phóng xạ Vì vậy chúng ta gọi đó là đo tốc độ đếm tiling bình hay đo cường độ dòng điện trung bình (dòng trung bình)

Đe ghi đo dòng trung bình thường có một bộ phận tích phân (ratemeter) Mồi ratemeter có một hằng số thời gian nhất định tùy thuộc giá trị điện dung của tụ điện c và điện trở R trong đó Kết quả dòng trung bình đo được thể hiện trên một đồng hồ chia độ với kim chỉ thị Giá trị đọc được là giá trị về liềulượng chùm tia Neu nó được tiếp nối với bộ phận vẽ đồ thị trên giấy, trên màn hình thì chúng ta có đồ thị Neu không có thiết bị vẽ đồ thị, ta có thể đo bằng kim chỉ thị tại từng điểm riêng biệt hoặc tại một vị trí nhất định trên cơ thểnhưng theo những mốc thời gian (thời điểm) khác nhau Từ đó kết nối các kếtquảthu được để có đồ thị biểu diễn sự biến đổi hoạt độ theo không gian (vị trí)hoặc thời gian Chính vì thế kỳ thuật đo dòng trung bình có ích lợi nhiều trong

việc theo dõi sự biến đổi hoạt độ phóng xạ theo thời gian hoặc không gian Các máy đo đồ thị phóng xạ của thận, tim v.v được cấu tạo theo kỹ thuật này.

Kỹ thuật đo dòng trung bình thường được áp dụng đối với tia gamma, cókhả năng đâm xuyên lớn Vì vậy thiết bị này được dùng trong các nghiệm pháp thăm dò in vivo, tức là đánh dấu phóng xạ bằng cách đưa vào trong cơ thể và khi

đota đặt đầu đếm từ bênngoài cơ thể

3.6.3 Đo toàn thân (Whole body counting)

Trong YHHN và an toàn bức xạ, nhiều lúc cần biết hoạt độ phóng xạ chứa đựng trong toàn cơ thể, chứ không phải chỉ riêng một mô hay phủ tạng Đó là các trường hợp sau:

- Theo dõi sự biến đổi hoạt độ phóng xạ sau khi được đưa vào cơ thể Thông tin đó có thể giúpđể tính toán sự hấp thu và sự đào thải của họp chất đánhdấu Thiếtbị này vừa chính xác vừa đờ phiền hà hơn cách đo hoạt độ phóng xạ ở nước tiểu, phân, mồ hôi thải ra và các mẫu bệnh phẩm như máu, huyết tương, xương v.v

-Theo dõi liều điều trịthực tế đang tồn tại trong cơ thể sau khi nhận liều

Hình 1.3: Nhân độc tự trị trước và sau điều trị Xạ hình thu được trên cùng một

bệnh nhân bằng máy quétthẳngtại bệnh viện Bạch Mai

- Xác định liều nhiễm phóng xạ vào bên trong cơ thể qua các đường khác nhau (ống tiêu hoá, hô hấp, da )

- Xác định một số yếutố cần thiết với độ chính xáccaonhưthuốc, vitamin, protein, các chất điện giải trao đổi (exchangeable) và đặc biệt là hàm lượng Kali trong toàn cơ thể

Năm 1956, Marinelli lần đầu tiên đó tạo ra máy đo toàn thân bằng cách ghép nhiều đầu đếm lại với nhau Chúng được kết nối với nhau và sắp xếp sao cho trường nhìn khắp toàn cơ thể và có khoảng cách tương đương nhau Đe đạtđược độ chính xác cao, các Detector phải đặt trong một phòng có hoạt độ nền thấp (che chắn kỹ) Độ nhạy của máy phụ thuộc vào tinh thể, độ cao của phông,

sự đồng nhất của các tín hiệu từ các đầu đếm khác nhau Do đó có nhiều loại máy

đo toàn thân với các độ nhạy khác nhau

3.6.4 Ghi hình

Ghi hình là một cách thể hiện kết quả ghi đo phóng xạ Các xung điện thu nhận từ bức xạ được các bộ phận điện tử, quang học, cơ học biến thành các tínhiệuđặc biệt Từcác tín hiệu đó ta thu được bản đồ phân bố mật độ bức xạ tức là

sự phân bố đồng thời DCPX theo không gian của mô, cơ quan khảo sát hay toàn

cơ thể Vai trò và ứng dụng kỳ thuật ghi hình trong y học sẽ được đề cập kỹ ở các phần sau

4 Các kỳ thuật CO ’ bản trong áp dụng đồng vị phóng xạ vào Y học hạt nhân

4.1 Kỹ thuật đánh dấu phóng xạ

Cho đến nay việc ứng dụng ĐVPX vào chẩn đoán và điều trị đã khá pháttriển, bao gồm nhiều kỳ thuật, ứng dụng rộng rãi nhất vẫn là kỳ thuật đánh dấu phóng xạ Kỹ thuật này dựa vào những đặc điểmsau đây:

- Đồng vị phóng xạ và đồng vị bền chịu mọi quá trình sinh lý và sinh hóa nhu nhau trong tô chức sông Nói một cáchkhác làtô chức sông từ mức độ phân

từ đến toàn cơ thể hay cả quần thể nhiều vi sinh vật cũng không phân biệt đuợcđồng vị bền và ĐVPX trong hoạt động sinh học của mình

- Khối lượng các chất đánh dấu thường rất nhỏ và không gây nên một ảnhhưởng nào đến hoạt động của tổ chức sống

- Các kỹ thuật áp dụng trong YHHN thường là không gây thương tổn (Non-invasive) bởi vì cao nhất cũngchỉ làthủthuật tiêmtĩnh mạch

- Liều chiếu xạ cho bệnh nhân thường là nhỏ hơn hoặc bằng của nghiệm pháp tương đương khi dùng tia X Hơn thế nữa với một liều chiếu nhất định từ ĐVPXchúng ta có thể khảo sáthoặc ghi hình nhiều lần trong khi dùng tia X liều

xạ sẽ tăng lên theo số lần chiếu chụp Chất đánh dấu (Tracer) lý tưởng nhất cần

có các đặc điểm sau:

+ Có tính chất hoàn toàn giống như đối tượng cần khảo sát

+ Chất đánh dấu được hấp thụ hoàn toàn, nhanh chóng và chỉ riêng ngay tại cơ quan, mô cần khảo sát (TargetOrgan)

+ Nồng độ ít thay đổi tại chồ trong suốt quá trình khảo sát

+ Sau khi khảo sát xong, nhanh chóng và hoàn toàn được đào thải ra khỏi

4.2 Kỹ thuật dùng nguồn chiếu xạ để chẩn đoán và điều trị

4.2.1 Chiếu xạ để tạo ra các phán ứng hạt nhân thích họp

Cũng có thể coi kỳ thuật định lượng kích hoạt bằng nơtron (Neutron Activization Analysis) là một kỹ thuật YHHN bởi vì bằng kỹ thuật đó chúng ta

có thể định lượng các yếutố vi, đa lượng trong các mẫu sinh học (máu, da, tóc )

để chẩn đoán bệnh Nguyên lý của kỳ thuật này là có thể biến một đồng vị bền thành ĐVPX bằng cách bắn các nơtron thích họp vào hạt nhân của đồng vị bền.Người ta xác định hàm lượng đồng vị bền bằng cách đo đếm phóng xạ phát ra từ ĐVPX mới được tạo ra sau khi chiếu nơtron:

Ví dụ: 55Aỉn(n,Y)56Mn,'6ỡ(n,P),16A^ trong đó: 55Mn, 16o là những đồng vị bền (đồng vị mẹ), 56Mnvà 16Nlà những ĐVPX (đồngvị con)

Tấtnhiên hoạt độ phóng xạthu được phụthuộc nhiều yếu tố như:

-Nồng độ của đồng vị mẹ có trong mẫu

- Thông lượng và đặc điểm của chùm nơtron Che chắn bức xạ nơtron rất phức tạp vì dải năng lượng của nó rất rộng, có khả năng đâm xuyên lớn và gây hiệu ứng sinh học cao

- Tiết diệncủahiệu ứng

- Thời gian chiếu.

Khi chiếu nơtron vào mẫu có thể xảy ra nhiều loại phản ứng và có nhiềuĐVPX con được tạo ra Vì vậy cần phải phân tách, tinhsạch bằng các kỹthuật hóa học và vật lý khác nhau Tuy vậy nó cho phép xác định rất chính xác những yếu tố

vi lượng trong cơ thể như: Fe, Sc, Zn, Rb, Mn, Cr, Co, Cu, Cs, K, Th, Au, Mg, Na,

Br, As, I hoặc những yếu tố đa lượng như c, o, N, Ca

4.2.2 Chiếu xạ để điều trị

Từ lâu người ta đã thấy rõ tác dụng diệt tế bào của bức xạ ion hóa và sửdụng nó trong nhiều phân ngành khác nhau của sinh học và y học (diệt khuẩn và diệt tế bào bệnh) Với những hiểu biết ngày càng sâu sắc về cơ chế truyền nănglượng, cơ chế diệt bào, các đặc điểm vật lý của bức xạ, các yếu tố ảnh hưởng củamôi trường (nhiệtđộ, nồng độ ôxy ) ngày càng có nhiềucải tiến về kỹthuậtxạ trị Đây là sử dụng tác dụng sinh học các bức xạ ion hóa lên các mầm bệnh, tế bào bệnh Nội dung này đã làm cho YHHN như một khoa lâm sàng, bởi vì có thể cóbệnh nhân điều trị ngoại trú nhưng hầu hết đòi hỏi giường bệnh nội trú cho bệnhnhân Nó cũng tạo ra những lợi íchthiết thực vàluôn luôn đổi mới trong y học

5 Nội dung của Y học hạt nhân

Từhai kỳ thuật đánh dấu và chiếu xạ dùng trong YHHN, có 4 nội dung lớnsau đây:

5.1 Thăm dò chức năng tế bào, mô, CO ’ quan hay hệ thống trong CO ’ thể

Baogồm:

- Chức năng hấp thụ, chuyểnhóa, đào thải

-Động học của cácquátrình nhưhệ tuần hoàn, tiết niệu

- Hàm lượng và nồng độ của các yếu tố thành phần, các họp chất sinh họctrong một đối tượng khảo sát nào đó như hàm lượng các chất điện giải, nồng độcác enzym, các hormon, thể tích các dịch trong cơthể, thể tích máu, thể tích hồng cầu hoặc nồng độ các dược chất đưa vào trong máu, trong mô

Từ các giá trị và nồng độ đó ta có thể đánh giá được các chức năng cơ bản của tổ chức sổng Các giá trị thu được có thể là các đồ thị, biểuđồ, số xung hoặc giá trị tuyệt đối của hàm lượng Để thu được các nồng độ đó có thể đo từng mẫu

ở từng thời điểm khác nhau, đếm xung hoặc đo hoạt độ tổng cộng; có thể đo ở mẫu rời (in vitro) hoặc đo ngay trên cơ thể bệnh nhân (in vivo), có thể bằng những phép so sánh đối chiếu hoặc xác định giá trị tuyệt đối từ các mẫu đo

5.2 Ghi hình phóng xạ

Ghi hình phóng xạ đã có những bước tiến dài:

- Khởi đầu là ghi lại bằng hình ảnh sự phân bố phóng xạ tại tuyến giáp hoặc lóp cắt của nó bằng kỳ thuật tự chụp hình phóng xạ (Autoradiography), vềsau kỹ thuật này phát triểnđến mức cóthể theo dõi sự nắm bắt phóng xạ của các

tế bào trên các tiêu bản mô học và vì vậy được chia ra chụp hình vĩ mô và vi mô (Microautoradiography và Macroautoradiography)

- Tiếp theo là các máy móc và kỹ thuật ghi hình tĩnh, động và cắt lóp Muốn ghi hình phóng xạ khâu đầu tiên là phải đánh dấu các đối tượng ghi hình(mô, cơ quan, hệ thống ) bằng các DCPX thích hợp Các họp chất thích hợp có thể nhanh chóng tập trung về các đối tượng ghi hình, lưu lại đó đủ lâu để ghi hình, không gây phản ứng phụ và tạo ra được một tỷ số chênh lệch cao về mức độ phóng xạ giữatổchức đíchvà tổ chức xung quanh hoặc toàn cơ thể

5.3 Định ỹ thuật RIA và IRMA

Hình 1.4: Một số thiết bị ghi đo theo phương pháp định lượng miền dịch phóng xạ RIAvà IRMAtại BVBạch mai

RIA (radioimmunoassay): là phương pháp định lượng miễndịch phóng xạIRMA (immunometric assay): là kỳ thuật đo miễndịch phóng xạ

Kỹ thuật này cũng là để đánh giá và thăm dò chức năng của các tuyến nội tiết, mô hay phủ tạng và sự biến đổi của một số chất như chất chỉ điểm ung thư(tumormarker) chẳng hạn Tuy vậy do cơ sở khoa học của kỹ thuật và khả năngứng dụng rộng rài của nó trong chẩn đoán và nghiên cứu của kỹ thuật này, người

ta đặt riêng thành một nội dung của YHHN Ngày nay nhiều cơ sở y học và khoahọc có thể chỉ xây dựng riêng Labo RIA và IRMA để phục vụ cho công việc củamình

5.4 Điều trị bằng búc xạ ion hóa

Một ứng dụng nữa trong YHHN là tác dụng sinh học của tia phóng xạ khi được hấp thụ vào tổ chức sinh học Chúng bao gồm:

a Điều trị chiếu ngoài', sử dụng tia X năng lượng cao, tia gamma cứng và cácmáygia tốc để tiêu diệttế bào ung thư

h Điều trị áp sát:

Bao gồm cả lười dao gamma (Gamma Knife), các nguồn kín (kim, hạt ) vàtấm áp (Applicator) phủ nguồn hở với các ĐVPX phát ra beta cứng hoặc gammamềm Nó bao gồm cả kỹ thuật đơn giản để điều trị bệnh ngoài da hoặc kỹ thuậtphức tạp như đặt cả nguồn 90Y vào khối u tuyến yên hay kết họp với phẫu thuật

để đưa các nguồn xạ kín vào tận các hốc tự nhiên

Kỳ thuật điều trị áp sát đã được cải tiến rất nhiều làm xuất hiện các phương pháp mới như điều trị nạp nguồn sau (After Loading Therapy), lập kế hoạchđiều trị theo kích thước khối u (Dimentional Treatment Planing) hoặc dùng thiết

bị đắt tiền (Gamma Knife) để chữa các bệnh về mạch máu trong hộp sọ

Ngoài các ĐVPX cổ điển như 222Ra, 60Co, 90Y ngày nay người ta còn dùng nhiều ĐVPX mới trong điều trị áp sát như Palludium - 107, Samarium - 145, Americum- 241, Yterbrium 169

c Điều trị hằng nguồn hở

Đây thực sự là mộtbước tiến dài và làm thay đổi về bản chất kỳ thuật xạtrị Dựa vào các hoạt động chuyển hóa bình thường (tế bào tuyến giáp hấp thụ iốt) hoặc thay đổi bệnh lý (khối ung thư hấp thụ những phân tử hữu cơ đặchiệu), người ta cho các nguồn hở phóng xạ vào đến các tổ chức đích (target tissue) bị bệnh để điều trị Các ĐVPX còn được đưa vào các tổ chức đích nhờvào quá trình cơ học như đưa vào khí phế quản và phổi nhờ sự thông khí (ventilation), vào dạ dày (nhờ động tác nuốt), vào các tế bào máu (nhờ tuần hoàn máu)

Bằng các nguồn phóng xạ hở thích hợp ngày nay chúng ta có thể điều trị được một số bệnh tuyến giáp, bệnh máu, cơ xương khóp, tắc mạch vành và nhiềubệnh ung thư cùng di căn của nó Đây là sử dụng tác dụng sinh học các bức xạ ion hóalên các mầmbệnh, tế bào bệnh

BÀI 2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA MỘT SỐ LOẠI BỨC XẠ ION HÓA

Thời gian: 2 giờ lýthuyết

I Mục tiêu của bài

- Kiến thúc:

1 Trình bày được tính chấtvậtlý của các loại bức xạ ion hóa

2 Trình bày được các quá trình tương tác của bức xạ ion hóavới vật chất

II Nội dung bài

1 Tính chất vật lý của các loại bức xạ ion hóa

a này sẽ gây nên tác dụng ion hoá vật chất Khả năng gây ion hóa của hạt a gấphàng trăm lần so với hạt p Giữa sựhấp thụ và khả năng ion hóa của các hạt a , p

Ỵ tồn tại một cách đơn trị Những bức xạ gây ion hóa mạnh thì sẽ bị hấp thụ mạnh

1.2 Hạt bêta âm

Nghiên cứu tính chất của hạt B, người ta nhận thấy rằng, như hạt a, hạt pcũng là những dòng hạt tự nhiên và là dòng (hạt) điện tử Năng lượng của chúng biến thiên từ 0 3 MeV hoặc có thể lớn hơn Tốc độ của hạt B gần bằng tốc độánh sáng Mật độ ion hoá của hạt õ nhở hơn hạt a hàng trăm lần Nó có thểchuyển động được 20 m trong không khí, 2,5 cm trong mô mềm và 1 cm trong chì Hạt p bị lệch đi trong trong điện trường dưới dạng phổ rộng Điều đó nói lênrằng chùmhạtBmang những năng lượng khác nhau

1.3 Các lượng tử gamma

Bức xạ Ỵ và bức xạ Rontghen thuộc loại bức xạ điện từ Lượng tử Ỵ có thể

có năng lượng tới vài chục MeV, bước sóng rất nhỏ, được đo bằng phần trục hay phần trăm của A° (A° = 10'8cm) và có khả năng đâm xuyên lớn Bức xạ Ỵ có thể truyền trong không gian với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng

Nhờ khả năng đâm xuyên lớn, độ dài quãng chạy và cường độ của lượng tử Gamma gây hiệu ứng rất mạnh trong môi trường vật chất

Vì là bức xạ không mang điện nên khả năng gây ion hoá của chúng là thứyếu Khả năng đâm xuyên lớn, bức xạ Ỵ gây hiệu ứng rất mạnh về mặt sinh học phóng xạ Các hiệu ứng về tương tác của bức xạ với vật chất sè được xét đến trong phần sau

1.4 Hạt proton

Các hạt proton hay các ion nặng hao phí nănglượng theo một tốc độ khôngđổi, cũng tương tự như các hạt electron năng lượng cao, chúng tạo ra một vùng

liều lượng không đổi ở khoảng cách ngắn Vì các hạt bị làm chậm lại và tốc độhao phí năng lượng giảm một cách đột ngột, nhanh chóng và tiến đến trạng tháinghỉ tại giới hạn liều cao nhất, được gọi là “đỉnh Bragg” (thuật ngữ này cũng áp dụng đổi với chùm tia-X và liều lượng đỉnh electron) Đây có thể là một sự phân

bố liều lý tưởng để điều trị những khối u rất nhở Tuy nhiên trong thực tế, đỉnhBragg hẹp và nhọn đến nồi phải cần đến vô số các đỉnh Bragg khác nhau đặt chồng lên nhau để tạo ra một vùng phang liều lượng trên một khối u lớn Độ sâu của đỉnh còn gọi làtầm hoạt động của hạt phụ thuộc vào năng lượng chùm tia,vìvậy câu chuyện ở đây là vấn đề của năng lượng hay tầm hoạt động của hạt và sựđiều chỉnh hướng tương tác của mồi chùm tia Khi sử dụng kỹ thuật này ta có thểthu được sự phân bố tối ưu về liều lượng Đáng tiếc là để đạt được điều đó, chùmproton cần phải có năng lượng rất cao, từ 240-270 MeV và điều này có nghĩa là cầnphải có những thiết bị gia tốc hiện đại, rất đắttiền

2 Tương tác của bức xạ ion hóa vói vật chất

Bức xạ ion hoá khi đi vào vật chất sẽ truyền năng lượng, kích thích và ion hoá các nguyên phân tử Kích thích là quá trình nguyêntử hoặc phân tử hấp thụ năng lượng, chuyển về trạng thái năng lượng mới không bền vừng (trạng thái kích thích) mà không có bất cứ điện tử nào bị bứt ra khỏi nguyên phân tử.Nguyên tử hoặc phân tử kích thích dễ dàng và nhanh chóng phát xạ năng lượng

đã hấpthụ được dưới dạng photon, bức xạnhiệt hoặc phản ứng hoá học để trở về trạng thái ban đầu lon hoá là quá trình làm bật điện từ quỹ đạo của nguyên tử hoặc phân tử, tạo ra một cặp ion: ion âm (hoặc điện tử) và ion dương (phần cònlại của nguyên từ hoặc phân tử) Năng lượng trung bình để tạo một cặp ion trong không khí là 30 ± 5eV, trong chất bán dẫn khoảng 3eV

2.1 Bức xạ hạt

Quá trình mà một nguyên tử trung hòa chuyển thành hạt tích điện âm hoặc dương được gọi là sự ìon hoá. Việc một electron rời khỏi quỹ đạo, nguyên tử sẽ tích điện dương và tạothành một cặp ion Trong trường hợp nguyên tử nhận thêmelectron sẽ trở thành ion âm và nguyên tử mat electron sẽ trở thàng ion dương.Trong một số trường họp, một nguyên tử trung hòa nhận thêm electron và nguyên

từ tích điện âm sẽtrở thành ion âm

Các hạt tích điện, chẳng hạn các electron, proton và hạt p được xem là những bức xạ ion hoá trực tiếp nếu chúng có năng lượng đủ lớn để gây ra những

va chạm khi thâm nhập vào môi trường vật chất Năng lượng của hạt tới bị haophí tăng dần trên mồi khoảng cách gây ion hoá trong môi trường Đôi khi những electron bị làm bật ra nhận được năng lượng đủ lớn sẽ tham gia tương tác và tạo

ra bức xạ thứ cấp gọi là các tia "delta"-s Mặt khác, nếu sự mất năng lượng củacác hạt tới không đủ lớn để làm bật electron ra khỏi nguyên tử nhưng lại tiếp thêm cho electron năng lượng lên mức cao hơn, quá trình này được gọi là vachạmkích thích.

Những loại hạt không mang điện, chẳng hạn các neutron và photon cũng là những bức xạ ỉon hoá trực tiếp vì khi tương tác chúng giải phóng trực tiếp các hạt

bị ionhoákhỏi vật chất

2.2 Chùm photon

Các photon tương tác với nguyên tử của vật chất hoặc chất hẩp thụ để tạoranhững electron có vận tốc cao và theo 3 quá trình chủ yếu: hiệu ứng quang điện; hiệu ứng Compton và hiện tượng tạo cặp

2.2.1 Hiệu ứng tán xạ đàn hồi

Tán xạđànhồi (hình 1.5) còn được biết đến như là quá trình mà bứcxạ sóng điện từ truyền qua, gần với electron và làm cho electron bị dao động Khi electrondao động sẽ phát bức xạ có năng lượng đúng với tần số của chùm sóng tới Chùm tia-X tán xạ có cùng bước sóng của chùm tia tới Do vậy sẽ không có sự thay đổi năng lượng nào xảy ravới sự chuyển động của electron và cũng không có sự hấpthụ năng lượng nào xảy ra trong môi trường Chỉ có hiện tượng chùm photon bịtán xạ theo một góc nhỏ Tán xạ đàn hồi xảy ra khi chùm photon có năng lượng thấp và môi trường vật chất có nguyên tử số cao

Hình 1.5 Hiệu ứng tán xạ đàn hồi

2.2.2 Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng trong đó một photon tương tác vớinguyên tử vật chất và đẩy bật ra khỏi nguyên tử một trong những electron quỹ đạo (hình 1.6) Trong quá trình này, toàn bộ năng lượng hv của photon được truyền cho electron nguyên tử Khi đó, động năng của electron bị bật ra (gọi là quang electron) có giá trị là: hv - E b , ở đây, E b là năng lượng liên kết củaelectron Tươngtác loại này có thể xảyra với những electron trong các lóp vỏ K,

L, M hoặc N

Sau khi electron bị đánh bật ra khỏi nguyên tử sẽtạo ra chồ trống tại lớp vỏ

và nguyên tử sẽnằm trong trạng thái bị kích thích Chồ trống này có thể được lấpđầy bởi một electron ở quỳ đạo ngoài và kèm theo sự phát ra hoặc các bức xạ đặctrưng (tia-X) hoặc các electron Auger Những electron này được sinh ra do hấpthụ các bức xạ đặc trưng nội tại, gần hạt nhân (các electrron bên trong nguyêntử) Vì năng lượng liên kết củacác electron tại lóp vỏ K trong mô mềm là rất nhở, chỉ khoảng 0,5 KeV nên năng lượng của các bức xạ đặc trưng sinh ra do hấp thụ

về mặt sinh học cũng sẽ rấtthấp và có thể xem như sự hấp thụ tại chồ

Với chùm photon năng lượng cao hơn và nguyên tử số của môi trường lớnhơn thì bức xạ đặc trưng sẽ có năng lượng cao hơn và có thể truyền năng lượng tới khoảng cách xa hơn so với các photon electron Trong trường hợp này, sự hấp thụ năng lượng tại chỗ sẽ giảm đi do năng lượng phát ra dưới dạng các bức xạ đặc trưng (còn gọi là bứcxạ huỳnh quang) và được xem là sự hấp thụ từ xa

Auger electton Tia-X đặc trưng

Quá trình xảy ra hiệu ứng Compton có thể được phân tích như va chạm của

2 hạt, một là photon và một là electron Bằng cách áp dụng định luật bảo toànnăng lượng và xung lượng ta có thể thu được mối quan hệ sau:

Hình 1.7 Hiệu ứng tán xạ Compton

2.2.4 Hiệu úng tạo cặp

Neu năng lượng của photon lớn hơn 1,02 MeV thì photon có thể tương tácvới vật chất qua cơ chế tạo cặp Trong quá trình này (hình 1.8) photon tương tácmạnh với trường điện từ của hạt nhân nguyên từ và mất toàn bộ năng lượng của

nó cho quá trình tạo ra cặp electron (e) và positron (e+) Vì khối lượng nghỉ của electron tương đương với 0,51 MeV nên năng lượng tối thiểu đòi hỏi để sinh rahiệu ứng tạo cặp là 1,02 MeV Vì vậy, năng lượng ngưỡng của hiệu ứng tạo cặp

là 1,02 MeV Năng lượng photon vượt hơn ngưỡng này sẽ được chia cho các hạt

và biến thành động năng Tổng động năng chứa trong cặp electron-positron là (/zv-1,02 MeV).’

Quá trình tạo cặp là một ví dụ của hiện tượng năng lượng bị biến đổi thànhkhối lượng, đúng như Eistein đã tiên đoán: E = mc 2 Quá trình ngược, chủ yếu khối lượng biến đổi thành năng lượng diễn ra khi một positron kết họp vớielectron để tạora 2 photon và gọi làbức xạ hủy positron.

Hình 1.8 Hiệu ứng tạo cặp

BÀI 3 GHI HÌNH BẰNG MÁY GAMMA CAMERA VÀ SPECT

Thời gian: 3 giờ lýthuyết

I Mục tiêu của bài

3 Nêu được ứng dụng của máy Gamma Camera vàmáy SPECT

II Nội dung bài

1 Ghi hình nhấp nháy bằng máy Gamma Camera (Scintillation Gamma Camera)

1.1 Khái niệm ghi hình nhấp nháy Gamma Camera

Y học hạt nhân là ngành y học sử dụng những đồng vị phóng xạ nhân tạo đểthực hiện chụp ảnh chần đoán chức năng của các cơ quan trong cơ thể nhưtuyếngiáp, tim, xương, phổi, thận được gọi là xạ hình Hoặc là dùng chất phóng xạ

để điều trị bệnh

Gamma Camera là kỹ thuật xạ hình dùng khảo sát các chức năng hoạt động của những cơ quan trong cơ thể, phát hiện sớm những thương tổn bằng các dượcchất phóng xạ phát bức xạ gamma Hình ảnh ghi được là hình 2 chiều tương tự như ảnh chup X quang thông thường Ví dụ như khảo sát sự di căn của bệnh ungthư xương

1.2 Nguyên lý cấu tạo và ghi hình của máy Gamma Camera

1.2.1 Nguyên lý ghi hình

Trước khi chụp Gamma camera, kỹ thuật viên sẽ bơm dược chất phóng xạ vào tĩnh mạch bệnh nhân, sau đó dùng máy Gamma camera ghi hình để chẩn đoán chức năng của các cơ quan ương cơ thể, rồi tùy trường họp có thể dùng chính chất đồng vị phóng xạ để điều trị bệnh Việc tiêm chất đồng vị phóng xạ vào tĩnh mạch sẽ được thực hiệntrước khi ghi hình từ 20 phút tới 6 giờ đồng hồ,hoặc cũng có thể ghi hình ngay khi tiêm chất đánh dấu phóng xạ tùy theo từng cơquan cần khảo sát Khi ghi hình, máy sẽ đo chính xác chỉ số hấp thu của chất đồng vị phóng xạ, từ đó sẽ cho biết chức năng hoạt động củacơ quan đó để có kế hoạchđiềutrị phù họp

1.2.2 Nguyên lý cấu tạo

Việc thu nhận các bức xạ Gamma Camera cho hiện ảnh các thành phần cấutrúc bên trong cơthể từ đó đưa ra chẩn đoán

1 Gamma Camera có cấu tạo gồm 4 phần chính:

- Ồng chuẩn trực Collimator: Là hệ lướichì chặn tia tán xạ

Hình 1.9: cấu tạo hệ chuẩn trực

-Tinh thể nhấp nháy (scintillation crystal) (tinh thể ghi): Nhạy với tia gamma, phát sáng khi hấp thụ bức xạ Kích thước đủ rộngđể ghi được toàn vùng ngực đồng thời Độ dày phù hợp (cânđối giữa độ nhạy và độ phân giải)

Hình 1.10: Tinh thể nhấp nháy của hệ gamma camera

-ỏng nhân quang (PM - Photomultiplier tube): Ghi và khuếch đại các bức

xạ nhìn thấy do gamma tạora khi đi vào tinh thể nhấp nháy

-Bộ phân tích chiều cao xung (PHA - Pulse height analyzer) (hệ thống xử

lý tín hiệu): Giải mã cường độ tín hiệu vàvị trí phát tínhiệu

Mỗi thành phần này sẽ thực hiện một chức năng riêng trong việc chuyển ảnh gamma thành ảnh ánh sáng và truyền nó tới các thiết bị quan sát thích họp hoặc tới phim (Hình 1.11)

Nuclear Gamma Enerqv p Electromagnetic

Energy (Inside the (The gamma ray radioactive has been emitted nucleus) from the patient)

bộnhớ máy tính để cho các phân tích quan sát và xử lý sau này

1.3 Chỉ định, chống chỉ định trong ghi hình Gamma Camera

* Xác định được các vấnđề của cơ tim: dùng đồng vị phóng xạ Thallium 201, Rubidium tiêm vào mạch máu rồi dùng 1 gamma camera đo độ phóng xạ ở cơtim Nơi nào cơtim được cung cấp máu đầy đủ thì nơi đó đậm độ phóng xạ cao

sẽ cho ảnh chụp màu đỏ, nơi nào thiếu máu thì nồng độ phóng xạ thấp và ảnh củavùng đó màu hồng nhạt hoặc vàng hoặc trắng Căn cứ vào độ đậm, nhạt củahìnhphóng xạ mà xác định được vùng bịthiếumáu cơtim cụcbộ

* Đánh giá chức năng tuyến giáp

* Đánh giá xơ gan

* Đánh giá chức năng lọc của cầu thận

2 Ghi hình bằng máy SPECT

SPECT chính là phương thức tạo ảnh cao hơn so với Gamma - Camera.SPECT là chu trình chẩn đoán hình ảnh bằng y học hạt nhân, cho phép hiển thị hình ảnh trong không gian 3 chiều chức năng các bộ phận, chuyển hoá tế bào và các thông số chức năng khác trong cơ thể thông qua việc sử dụng một lượng nhỏ các chất phóng xạ khác nhau Phương pháp này giúp phát hiện các thay đổi về bệnh học ở cấp độ phân tử trước khi hình thành nên sự thay đổi trong Cấu trúc giải phẫu

2.1 Khái niệm chụp cắt lóp đon photon

Single photon emission computed tomography (SPECT) - là một kỹ thuậttrong y học hạt nhân, sử dụng các dược phẩm phóng xạ phát photon, các đầu dòquay (một hoặc nhiều đầu) ghi nhận được từng photon riêng biệt và một máy chụp cắt lóp để tạo ảnh của các lóp cắt cơ thể trên các bình diện khác nhau Các hình ảnh SPECT không phải là hình ảnh giải phẫu mà là hình ảnh phản ánh hoạt động chức năng của cơ quan sát thực hơn là các phương pháp chẩn đoán hình ảnhchỉ phản ảnh về hình thái khác như siêu âm, chụp cắt lóp vi tính, tạo ảnh cộnghưởng từ Thông qua hình ảnh SPECT có thể đánh giá được lượng máu đi đến các mô vàcơquan, từ đó thu được thông tin về những sự bất thường của vùng cơquan đó

2.2 Nguyên lý cấu tạo và ghi hình của máy SPECT

2.2.1 Nguyên lý ghi hình

Kỳ thuật SPECT phát triển trên cơ sở CT- Scanner Nhưng trong SPECT không có chùm tia X nữa mà là các photon gamma của các ĐVPX đã được đưavào cơthể bệnh nhân dưới dạng các DCPX để đánh dấu đối tượng cần ghi hình Trong SPECT các tín hiệu cũng được ghi nhận như trong đầu dò của Gamma Camera và đầu dò các kỹ thuật YHHN thông thường khác, nhưng trong

SPECT đầudò được quay xoắn với góc nhìn từ 180° đến 360° (1/2 hay toàn vòng tròn cơ thể), được chia theo từng bậc ứng với từng góc nhỏ (thông thường khoảng 3°) Tuy mật độ chùm photon được phát ra khá lớn, nhưng đầu dò chỉ ghi nhận được từng photon riêng biệt nên được gọi là chụp cắt lớp đơnphoton Tia photontrước khi đến được đầu dò bị các mô tạng của cơ thể nằm trên đườngđi hấp thụ

Do vậy năng lượng của chúng bị suy giảm tuyến tính Công thức chung về địnhluật hâp thụ được biêu diên:

I = lo e‘^x, với p là hệ số hấp thụ, có giá trị phụ thuộc vào năng lượng chùmtia vàbản chất, mật độ lóp vật chấthấp thụ

Từ định luật hấp thụ năng lượng photon ta thấy sự hấp thụ làm cho cường độchùm tia giảm dần và có thể tính ra hệ số suy giảm đó (attenuation coefficient)của chùm tia Giá trị đó ngược với giá trị truyền qua Gọi T là độ truyền qua thì I/Io = T Từ công thức của định luật hấp thụ ta tính được là T=e’gx Giá trị T cóthể biết được bởi vì ứng với một cấu trúc vật chất nhất định (mô, tạng) có độ dầy

X nào đó sẽ có một giá trị Ị1 xác định Nếu hiệu chỉnh được độ suy giảm sẽ có được giá trị thật cường độ chùm tia truyền qua hoặc hấp thụ Neu không hiệuchỉnh được hệ số suy giảm thì số liệu thu được từ một góc nhìn sẽ là tổng cộng sốliệu của tất cảcác đơnvịthể tích nằm trên đườngđi của tia

Cho máy quét trên cơ thể hoặc bệnh nhân quay thì góc quay và góc nhìn củachùm tiaquyết định hướng, mật độ chùm tiađếnđầu dò và giá trị hấp thụ của nó

Ta hình dung giả sử chia lát cắt thành nhiều đon vị vật chất với kích thước nhất định Khi chùm tia photon quét qua lóp vật chất đó (ngang hoặc dọc) thìnó sẽ lầnlượt xuyên qua các đơn vị vật chất Tín hiệu phát ra từ mồi đơn vị vật chất sẽ khác nhau do có độ suy giảm tuyến tính khác nhau, tuỳ thuộc vào góc quay, độlớn của góc nhìn trong mặt phang quét và khoảng cách của nó tới đầu dò Máy

PCvới các phần mềm thích họp có khả năng hiệu chỉnh hệ số suy giảm đó vàloại

bỏ cả các bức xạ từ các mặt phang khác gọi là lọc nền (filtered back projection).Như thế nghĩa là PC loại bỏ các tín hiệutạo ra từ các lóp vật chấttrước, sau (hoặctrên, dưới) đối với mặt phang lát cắt Các tín hiệu đó gọi là xung nhiễu Vì vậy sẽ thu nhận được hàng loạt các tín hiệu của từng đơn vị thể tích một lóp vật chất nhất định (ta hình dung như một lát cắt) Do vậy, các tín hiệu chỉ được ghi nhận theo từng thời điểm một số lượng góc nhìn cần chọn đủ để tái tạo ảnh một cách trung thực tuỳ thuộc vào độ phân giải của đầu dò Các tín hiệu đó được đưa vào

hệ thống thu nhậndữ liệu (Data Acquisition System: DAT) để mã hoá và truyền vào PC Khi chuyển động quét kết thúc, bộ nhớ đã ghi nhận được một số rất lớnnhững số đo tương ứng với những góc khác nhau trong mặt phẳng tương ứng.Các tín hiệu thu được là cơ sở để tái tạo hình ảnh Việc tái tạo ảnh dựa vào các thuật toán phức tạp mà PC có khả năng giải quyết nhanh chóng Đó là các thuậttoán về ma trận (matrix) Các số liệu ghi đo được từ các lóp cắt tạo ra ma trậnnày Hiểu đơn giản ra, ma trận là một tập hợp số được phân bổ trên một cấu trúcgồm các dãy và cột Mồi ô như vậy là một đơn vị của ma trận và được gọi là đơn

vị thể tích cơbản (volume element, sample element) hay làVoxel Chieu cao của mồi Voxel phụ thuộc vào chiều dày lóp cắt Từ mồi Voxel sẽ tạo ra một đơn vịảnh cơ bản (picture element) gọi là Pixel Tổng các ảnh cơ bản đó tạo ra mộtquang ảnh (Photo Image) Các Voxel có mật độ hay tỷ trọng quang tuyến(Radiologic Density)khác nhau do trước đó tia đã bị hấp thụ bớt năng lượng, cấu trúc hấp thụ tia càng nhiều thì mật độ quang tuyến càng cao Ma trận tái tạo cóđơn vịthểtích cơ bản càng lớnthì kích thước lát cắt càng mỏng cho ảnh càng chitiết

Trước khi chụp xạ hình, thông thường bệnh nhân sẽ được tiêm vào mạch máu một phóng xạ (99mTc là đồng vị phóng xạ nhân tạo cóchu kỳ bán hủy ngắn

6 giờ) gắn với một dược chất (chuyên biệt cho từng cơ quan cần khảo sát) Tùytheo tình huống, chất phóng xạ có thể đưa vào cơ thể bằng cách uống, hít khí dung hoặc tiêm dưới da Ngoài ra, bệnh nhân có thể uống lod 131, cũng là đồng

vị phóng xạ nhân tạo có chu kỳ bán hủy ngắn (8 ngày)

Các họp chất này phát ra bức xạ Gamma Đầu dò (Detector) sẽ thu nhận bức

xạ này phát ra từ cơ thể bệnh nhân và tái tạo thành hình ảnh thông qua các phầnmềm chuyênbiệt Thời gian chụp sẽ từ 15 phút đến 45 phút, hoặc có thể lâu hơn tùy theo tính chất phức tạp của vị trí tổn thương (cũng có khi phải chụp nhiều lần

và thời gian chờ sẽ kéo dài) Chụp xong, bệnh nhân có thể được lưu lại trong mộtthời gian ngắn hoặc cóthể ravề ngay

Sau khi xử lý ảnh, kết quà sẽ thể hiện các tổn thương trên cơ thể dưới dạng hình ảnh chức năng

Hiến thị vỊ trí xây

ra tương tác

Mạch phân tích biên độ xung

Máy SPECT bao gồm các bộ phận chính như trong hình 1.13, mô hìnhSPECT 2 đầu(dual head)

Đầu dò

Cấu tạo và hoạt động của đầu dò giống như một Gamma Camera đã mô tả

ở trên Từ trước đến nay các đầu dò của SPECT vẫn thường dùng tinh thể Nal(Tl) Bức xạ phát ra từ tinh thể phát quang được khuếch đại bởi ống nhân quang và các mạch điện tử khác Đe có được hình ảnh tốt, đầu dò cần có độ phân giải cao, đo trong thời gian ngắn (độ nhậy lớn), ống định hướng thích họp vàkhoảng cách từ đầu dò đến mô tạng ghi hình ngắn nhất SPECT hiện đại dùng hệ đầu dò ghép bởi nhiều tinh thể cho hình ảnh tốt hơn Đe tăng độ phân giải và tốc

độ đếm (giảm thời gian ghi hình) người ta tạo ra loại SPECT 2 hoặc 3 đầu thu Gắn liền với đầu thu là ống định hướng

Khung máy

Các đầu dò được lắp đặt trên một giá đờ (khung máy) thích họp có các môtơcho phép điều khiển đầu dò quay được góc 180° 4- 360° quanh bệnh nhân theo những góc nhìn thích hợp (khoảng 3-6°)

Hệ thống điện tử

Các tín hiệu thu được từ tinh thể nhấp nháy, được đưa vào mạch điện tử

để lựa chọn, khuếch đại và ghi nhận Hệ thống điện tử, ghi đo của SPECT phứctạp hơn ở Gamma Camera nhấp nháy nhiều Trên Gamma Camera hình ảnh được tạo ra nhờ tập hợp một loạt các chấm sáng còn ở đây cần phải phân tích,chuyển đổi sang tín hiệu số (digital) để lưu giữ Có thế PC mới làm được chứcnăng lọc và tái tạo ảnh

Hệ thống máy tính, bàn điều khiển và bộ nhó’ các dữ liệu

Các kỹ thuật lọc và hiệu chỉnh dựa trên các thuật toán tin học (algebricrecontruction technique) như lọc nền (back projection technique), xoá bỏ nhiễu

(substraction) do một phần trường chiếu trùng lặp đè lên nhau (star artifact) khi thu nhận tín hiệu theo từngđơnvị thểtích Từđó cho phép ghi hình cắt lớp

Trạm hiển thị

Cho thấy hình ảnh cụthể và lưu giữ

Hình 1.13: Mô hình máy SPECT 2 đầu

Hình 1.15: Máy ghi hình Spect 2 đầu tại bệnh viện ChợRầy

2.3 Chỉ định, chống chỉ định trong ghi hình Spect

2.3.1 Chỉ định

Spect là sự phát triển lên của Gamma Camera, nó có thểtạo ra các ảnh 3 chiều đối với hình ảnh mô, nhiễm trùng, tuyến giápvà xương

Bởi vì SPECT cho phép hiển thịchính xác sự định vị của các ảnh không gian 3 chiều, nó có thể cung cấp thông tin chức năng ở các bộ phận bên trong bệnhnhân Điển hình như cho hình ảnh của não và tim mạch.

* Chẩn đoán về các bệnh tim mạch: SPECT, sử dụng các đồng vị phóng xạ đặctrưng như I131 Octreotide hay MIBG, được dùng để định vị các khối u ác tính không điển hình như các khối u thần kinhnội tiết Thiết bị này hỗ trợ rất lớn cho các bác sĩ trong việc lấy mẫu sinh thiết, phẫu thuật cắt bỏ và xạ trị sauphẫu thuật

* Chẩn đoán các bệnh trong não:

* Và nhiều bệnh khác: Máy chụp cắt lóp điện toán SPECT này có chức năngchẩn đoán, xét nghiệm các loại bệnh tầm soát, chẩn đoán ung thư xương, tuyếntiền liệt, bướu cổ và bướu giác độc, thăm dò chức năng của các bộ phận như tuyến giáp, gan, thậnvà não, với độ chính xáccao

BÀI 4 GHI HÌNH BẰNG MÁY PET-PET/CT

Thời gian: 3 giờ lýthuyết

I Mục tiêu của bài

- Kiến thúc:

1 Phântích được nguyên lý ghi hình cắt lóp bang Positron

2 Trình bày được cấu tạo của máy PET-PET/CT

3 Trình bày được chỉ định, chống chỉ định trong ghi hình PET/CT

4 Nêu được các ứng dụng củaphương pháp ghi hình bằng PET-PET/CT

II Nội dung của bài

Lịch sử

Nguyên lý của phương pháp cắt lóp phát và truyền xạ được David Kuhl và Roy Edwards nêu ra từ những năm cuối 1950s Trong những năm 1970s, Tatsuo Ido ở Labo Brookhaven National là người đầu tiên mô tả và tổng họp được 18F -FDG (phân tử mang đồng vị phóng xạ thường hay được sử dụng nhất trong PET).Hợp chất này được Abass Alavi sử dụng lần đầu tiên trên hai người tình nguyện vào tháng 8 năm 1976 tại trường Đại học tổng họp Pennsylvania Hình ảnh não thu được bằng phương pháp chụp cắt lóp nguyên tử thông thường (non - PET) biểu diễn nồng độFDG trong tổ chức não Sau đó chất này được trọng dụng trong positron tomographie scanners đầy sáng tạo, nhường chồ cho những phương pháphiện đại

1 Nguyên lý ghi hình cắt lóp bang Positron

1.1 Khái niệm về chụp cắt lóp bang Positron

PET (Positron Emission Tomography) hay chụp xạ hình cat lóp Positron là một kỹ thuật hình ảnh y tế 3 chiều (3-D ) bằng sự kết họp của những kỹ thuật tái tạo hình ảnh tiết diện cắt ngang (chẳng hạn những kỹ thuật được sử dụng trong quét CT) với những dược chất phóng xạ để tạo ra hình ảnh Đặc trưng kỳ thuậthình ảnh trùng phùng của PET là việc sử dụng các chất đánh dấu phát xạ

positron.

Đặc điểm chung của các kỹ thuật y học hạt nhân là sử dụng các chất đồng vịphóng xạ thích họp (isotope) có hoặc không gắn với các chất mang (tracer), các chấtnày sẽ tập trung đặc hiệu tại các cơ quan cần khảo sát, việc ghi hình dựa trên việc đo độ tập trung hoạt độ phóng xạ tại các cơ quan đó qua hệ thống đầudò đặtbên ngoài cơ thể

PET/CT là kỹ thuật chụp hình kết hợp của PET và CT Đây là kỹ thuậtchụp hình sử dụng các thuốc phóng xạ, cho phép khai thác tối ưu các lợi thế củaPET là xác định hoạt tính của tổ chức kết họp với các thông tin xác định vị trí, biến đổi cấu trúc của tổn thương trên hình ảnh CT

1.2 Nguyên lý ghi hình bằng Positron

Một Positron phát ra từ hạt nhân nguyên tử tồn tại rất ngắn, chỉ đi được mộtquãng đường cực ngắn rồi kết hợp với một điện tử tự do tích điện âm trong mô và

ở vào một trạngthái kíchthích gọi là positronium Positronium tồn tại rất ngắn vàgần như ngay lập tức chuyển hoá thành 2 photon có năng lượng 511 keV phát ratheo 2 chiều ngược nhau trên cùng một trục với điểm xuất phát Người ta gọi đó

là hiện tượng huỷ hạt (annihilation) Neu đặt 2 detector đối diện nguồn phát

positron và dùng mạch trùng phùng (coincidence) thì có thể ghi nhận 2 photon đồng thời đó (hình 1.16) Do vậy các đầu đếm nhấp nháy có thể xác định vị trí phát ra positron (cũng tức là của các photon đó) Vị trí đó phải nằm trên đườngnối liền 2 detector đã ghi nhận chúng Người ta gọi đó là đường trùng phùng(coincidence line).

Vòng detector trong máy PET được lắp đặt rất nhiều cặp detector để ghi nhận đồng thời nhiều cặp photon tạo ra từ bất kỳ vị trí nào trên đối tượng cầnchụp hình Mỗi cặp được ghi nhận và một mầu dữ liệu thô được mã hóa, truyền

về máy tính và được xử lý bởi những thuật toán chuyên dụng và cuối cùng cho rakết quả là những hình ảnh của cơ quan cần khảo sát Ke từ khi được ứng dụng trong lâm sàng năm 1998, các hệ thống PET được cải tiến không ngừng về côngnghệ nhằm đạt được độ nhạy cao, tăng độ phân giải, giảm thời gian ghi hình

Trong cùng một thời điểm máy có thể ghi nhận được hàng triệu dữ liệu nhưvậy, tạo nên hình ảnh phân bố hoạt độ phóng xạ trong không gian của đối tượng

đã đánh dấu phóng xạ trước đó (thu thập dữ liệu và tái tạo hình ảnh) theo nguyên

lí như trong SPECT Sự tái tạo các hình ảnh này được hoàn thành bởi việc chọnmột mặt phang nhất định (độ sâu quan tâm trong mô, tạng) Vì vậy được gọi là chụp cắt lớp bang Positron (Positron Emission Tomography: PET) Nguyên lí và

kỳ thuật giống như trong SPECT nhưng các photon của cácĐVPX trong SPECT không đơn năng mà trải dài theo phổ năng luợng của nó, còn trong PET là các photon phát ra từ hiện tượng huỷ hạt của positron và electron, đơn năng (511keV)

Hình 1.16: Sơ đồ ghi hình Positron bằng cặp đầu đếm trùng phùng

với các tia Y511 keV

Điểm đặc biệt đối với việc ghi hình bằng máy PET là phải sử dụng các ĐVPX phát positron Tuy nhiên các ĐVPX này có thời ệian bán rã ngắn nên bên cạnh máy PET phải có Cyclotron để sản xuất ĐVPX Điều đó gây thêm khó khăncho việc phổ cập PET cả về kỹ thuật vàtài chính Vì vậy hiện nay số lượng PET trên thế giới không nhiềunhư SPECT

Cũng giống như các máy SPECT, máy PET cũng vừa có thể tạo ra các lắt cat (slide) hình ảnh như CT, MRI, vừa có thể cho hình ảnh quét (Scan) toàn thân,

đặc điểm này là đặc biệt quan trọng trong phát hiện khối u và sự tái phát vàdicănungthư.

CYCIOM 1B.1 Ht( uil hoéMte

Hình 1.17: Máy PET(bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các

ĐVPX có đời sốngngắn

Đe khắc phục những hạn chế, đặc biệt là trong việc xác định vị trí tổn thương của PET, mô hình PET/CT đã ra đời từ năm 1992 PET/CT cung cấp không những thông tin về sinh lý- chuyển hóa mà cả hình ảnh giải phẫu trêncùng một hệ thống nên có thể xác định chính xác vị trí giải phẫu (do hình CT là chủ yếu) các tổn thương chức năng (do xạ hình là chủ yếu) Các nghiên cứu lâmsàng cho thấy hình ảnh PET/CT có giá trị chẩn đoán chính xác hơn các thông tin

Hình 1.18: Máy PET/CT

1.3 Các đồng vị phóng xạ phát Positron

Các đồng vị phóng xạ hay được sử dụng trong PET: đặc trưng là thời gianbán hủy ngắn như carbon - 11 (T1/2=2O,4O phút) nc, nitrogen - 13 (Ti/2=9,96 phút) 13N, oxygen - 15 (T1/2=2,O4 phút) 15o và fluorin - 18 (T1/2=11O phút) 18F, gallium 68 (T1/2=68,1O phút); rubidium 82 (T1/2=1,27 phút), các chất này đều được tạo ra từ máy gia tốc vòng cyclotron không vận chuyển được vì thời gian bán hủy rất ngắn Nơi sản xuất chịu tráchnhiệmvề chất lượng của cácDCPX đó,không có cơ quan nào kiểm tra, cấp phép vì không đủ thời gian để làm các thủ tục

1.4 Các dược chất phóng xạ dùng trong ghi hình PET-PET/CT

Dược chất phóng xạ (DCPX) (hay còn gọi là thuốc phóng xạ) là những hợp chất đánh dấu (HCĐD) hạt nhân phóng xạ được điều chế dưới dạng thuốcuống, hít thở hoặc tiêm dùng trong chẩn đoán và điều trị bệnh

Đồng vị phóng xạ sau khi đưa vào bệnh nhân, chúng sẽ liên kết với những chất khác trong mạch máu của cơ thể, chẳng hạn glucose, nước, hoặc ammonia

mà không làm biến đổi hoạt tính sinh học của các hợp chất tự nhiên Khi chúng

lan truyền khắp cơ thể, dược chất phóng xạ sẽ tạora dấu vết hoạt động bệnh lý vàsinh lý trong các tế bào và tổ chức cần nghiên cứu.

Bảng 1.3: Một số dược chấtphóng xạ dùng trong ghi hình PET

Nuclide Half-life Tracer Application

0-15 2 mins Water Cerebral blood flow

C-11 20 mins Methionine Tumour protein synthesis

N-13 10 mins Ammonia Myocardial blood flow

F-18 110 mins FDG Glucose metabolism

Ga-68 68 min DOTANOC Neuroendocrine imaging

Rb-82 72 secs Rb-82 Myocardial perfusionHiện nay, bốn DCPX dùng trong PET chính thức công nhận bởi ủy ban sử dụng thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ FDA : Na18F cho hình ảnh xương, 82RbCl để đánh giá tưới máu cơ tim trong khu vực trong việc chẩn đoán và nội địa hóa của nhồi máu cơ tim, 18FDG để xác định các vùng chuyển hóa bất thường glucose và các bệnh ác tính nguyên phát và di căn và 13NH3 để đánh giá lưu lượng máu cơtim 18FDGhiện đang được sử dụng rộng rãi nhất

Thăm dò tưới máu cơ quan hay tổ chức thường dùng nước đánh dấu ,5O.Ngoài ra, vài dược chất phóng xạ khác cũng được sử dụng cho ghi hình tưới máu cơ tim bằng PET/CT như: 13N-amoniac, 82Rb+(được vận chuyển vào trong

cơ tim tương tự như K+),[l lC]-Acetat

Thăm dò chuyển hoá: 18FDG dùng trong ghi hình cắt lớp não, các khối u trong cơ thể, chẩn đoán sa sút trí tuệ do bệnh Alzheimer, chẩn đoán khu trúnguyên nhân gây động kinh, chẩn đoán cơ tim sống còn (myocardial viability), chẩn đoán khu trú viêm, nhiễmtrùng

Tổng họp ADN: Sử dụng [3H]thymidin đánh giá sự tăng sinh tế bào.Vận chuyên acid aminvà tông hợp protein: thường dùng nc, 18F

Thụ the (Receptor): 18F-DOPA (đánh giá hệ dopaminergic trên bệnh nhânParkinson), thụ thể 68Ga-DOTA-somatostatin (đánh giá bệnh và định hướng điềutrị ung thư thầ n kinh nội tiết)

Giảm oxy máu: Dùng các Nitroimidazol (như [18F]fluoromisonidazol)hay Cu-ATSM

Những dược chất phóng xạ khác: aFLT (Fluoro-levo-thymidin) là mộttrong những dược chất được đặt nhiều kỳ vọng trong ung thư ứng dụng phổbiến nhất của 18FLT là trong ung thưphổi, chẩn đoán phân biệt tổn thương dạngnốtđơn độc ở phổi là lành tính hay ác tính

Các dược chất phóng xạ dùng trong PET đem lại 2 lợi thế nổi bật so vớinhững dược chất phóng xạ dùng trong các kỹ thuật SPECT với Tc"’m, hoặcTl201.Những hạt nhân phóng xạ dùng trong PET được tổnghợp thành các phân tử sinhhọc hoặc tương tự như vậy và do đó có thế đánh dấu các hoạt động hoá sinh củanhững hợp chất tự nhiên Ngoài ra, những đồng vị phóng xạ dùng trong PET cóthời gian bán hủy ngắn (từ 75 giây đến 110 phút) nên sẽ giảm liều chiếu xạ đối với bệnh nhân, cũng như thời gian yêu cầu trước một quy trình xạ hình tiếp theo

Chẳng hạn, để đánh giá tình trạng nghỉ và căng của mạch máu mà PET sử dụng Rb82chỉ mất xấp xỉ một giờ, trong khi đó, kỹ thuật tươngtự của SPECT sử dụng Tl201, thời gianyêu cầu chờ đợi tớivài giờđểthực hiện quy trình quét hình.

2 Cấu tạo của máy PET-PET/CT

Máy PET bao gồm các bộ phận chính như trong hình 1.19

2.1 Đầu dò và bàn điều khiển

Các tinh the iodide sodium thallium đã hoạt hoá (NaI[Tl]), fluoride barium,hoặc fluoridecesium được sử dụng làm detector trong một số hệ thống máyPET.Các detector được bố trí trong những vòng cố định quanh bệnh nhân Hầu hết, các máy quét (scanner) có từ 6 đến 16 detector xếp theo hình lục giác, bát giáchoặc vòng tròn, với 220 hoặc 512 tinh thể mồi vòng Các tinh thể được ghép đôi

về mặt quang học theo các ống nhân quang điện (PMT) để biến đổi những tín hiệu phát sáng thành các xung điện Từ 1 đến 16 tinh thể được ghép thành mộtPMT

Các tín hiệu thu được từ tinh thể nhấp nháy, được đưa vào mạch điện tử

để lựa chọn, trùngphùng, khuếch đại và ghi nhận

2.4 Hệ thống máy tính, bàn điều khiển và bộ nhó ’ các dữ liệu

Hệ thống máy tính tiến hành ghi nhận các thông tin có tính chất hình ảnh được đặt ở 1 phòng điều kiển riêng, nơi các kỹ thuật viên điều hành máy vàkiểm soát quá trình chụp qua hình ảnh trực tiếp Máy tính hồ trợ tạo ra hình ảnh

từ dữ liệu thu được bởi gamma camera

Hệ thống máy tính dùng trong PET bao gồm bộ xử lý dữ liệu DAP (DataAcquisition Processor), bộ xử lý mạng, màn hình và máy in DAP điều khiển sự ghi nhận tín hiệu thời gian thực theo một số mô hình đặc trưng kỹ thuật Bộ xử lýchuỗi tái tạo số liệu thành dạng ma trận (thường là 128 X128 hoặc 256 X 256) và

bộ xử lý hình ảnh sẽ biến đổi những số liệu nàyđể thể hiện trên monitor

Bộ xử lý hình ảnh tái tạo hình ảnh từ tổ hợp những tín hiệu kể trên bằng các

sử dụng kỹ thuật biến đổi nhanh theo chuồi Furier và bộ chiếu phía sau có lọcgiống như các hệ thống CT và SPECT thường dùng Bằng hệ thống máy tính chuyên dụng về xử lý hình ảnh, các máy tính dùng trong PET có thể tái tạo mộthình ảnh chỉ trong vòng giây Các số liệu sẽ được hiệu chỉnh đối với các sự kiện ngẫu nhiên, sự tán xạ, thời gian chết và sự suy giảm trước khi hình ảnh cuối cùng được tái hiện Những tiết diện liền kề trục có thể được kết họp để tạo thànhcác hướng quan sát theo mặt phang dọc hay chính giữa ngang nếu đó là hệ thiết

bị có các vòng detectorphức và có thể thu được đồng thời nhiều tiết diện

2.5 Trạm hiển thị

Cho thấy hình ảnh cụthể và lưu giữ

Phàn ứng hủy hạt Hình anh

Hình 1.19: Mô hình máy PET

3 Chỉ định, chống chỉ định trong ghi hình PET-PET/CT

11 Chi định

a Trong ung bướu:

- Chuẩn đoán ung thư

- Phân loại giai đoạn ung thư

- Dự báo đáp ứng và đánh giá hiệu quả cácphương pháp điều trị

- Lập kế hoạch xạ trị

- Theo dõi phát hiện tái phát, di căn ung thư

b Trong timmạch:

- Đánhgiá sự sống còn của cơ tim

- Đánhgiá thiếu máu cơ tim

- Đánhgiá trong bệnh rối loạntâmthần

- Thăm dò tưới máu não

- Phát hiện tổn thương não gây động kinh

- Chẩn đoán u não nguyên phátvà di căn ung thư vào não

d Các chỉ định khác: Chụp PET và PET/CT trong chẩn đoán sốt chưa rõ nguyênnhân; Sàng lọc phát hiện sớm ung thưở những đối tượng có nguy cơcao, v.v

* Biến chứng: Chụp PET và PET/CT hầu như không có biến chứng ngoại trừphản ứng dị ứng với thuốc cản quang nếu có sử dụng phối họp khi chụp CT.

BÀI 5

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG Y HỌC HẠT NHÂN

Thời gian: 2 giờ lý thuyết

I Mục tiêu của bài

- Kiến thúc:

1 Trình bày được các yêu cầu an toàn đối với thuốc phóng xạ, với thiết bị và thiếtkế khoa phòng

2 Trình bày được các yêu cầu an toàn đối với con người

3 Trình bày được các bước xử lýrácthải và chất thải có phóng xạ

4 Trình bày được các kế hoạch ứng phósựcố bức xạtạiđơnvị YHHN

II Nội dung bài

1 Yêu cầu an toàn đối vói thuốc phóng xạ

1.1 Yêu cầu an toàn đối vói thuốc phóng xạ

Cơ sở y tế sử dụng thuốc phóng xạ (cơ sở y học hạt nhân) phải trang bịthiết bị đo suất liều bức xạ, thiết bị đo nhiễm bẩn bề mặt có dải năng lượng đophù hợp với loại bức xạ phát ra từ thiết bị bức xạ và nguồn phóng xạ sử dụng tại

cơ sở để thường xuyên đo kiểm tra phông bức xạ môi trường, nhiễm bẩn phóng

xạ vàkiểm soát mức bức xạ khi đi vào khu vực có nguồn phóng xạ

Thuốc phóng xạ dùng trong y học hạt nhân phải được phép lưu hành họppháp tại Việt Nam theo quy định của pháp luật về dược, chỉ được sử dụng chomục đíchphòng bệnh, chữa bệnh, điều chỉnh chức năng cơ thể và phải tuân thủ cáctiêu chuẩn quốc tế đã được thừa nhận đối với các thông số sau:

a) Độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ (là phần trăm hoạt độ phóng xạ củanhân phóng xạ đánh dấu trong thuốc phóng xạ so với tổng hoạt độ của các nhân phóng xạ có trong thuốc phóng xạ);

b) Hoạt độ riêng (là hoạt độ phóng xạ trên một đơn vị khối lượng họp chất đánh dấu của một hạt nhân phóng xạ cụ thể tính cho cả dạng nằm trong vàkhôngnằm trong hợp chất đánh dấu của hạt nhân phóng xạ đó);

c) Độ tinh khiết hóa phóng xạ (là phần trăm của nhân phóng xạ ở dạng liênkết hóa học mong muốn của họp chất đánh dấu so với tổng nhân phóng xạ có trong thuốc phóng xạ, nghĩa là quan tâm đến nhân phóng xạ đã tách ra khỏi họpchất đánh dấu);

d) Độ tinh khiếthóa học (là tỉ lệ của dạng họp chất đánh dấu chính khôngquan tâm đếnhoạt độ phóng xạ có trong đó so với toàn bộ chế phẩm thuốc phóng

xạ Chế phẩm thuốc phóng xạ là lượng chuẩn bị của thuốc phóng xạ sằn sàng để dùng cho người bệnh);

đ) Đọ pH;

e) Các thông số yêu cầu đối với thuốc theo quy định pháp luậtvề dược

1.2 Yêu cầu an toàn đối vói các che phẩm phóng xạ

Tấtcả cácchếphẩm thuốc phóng xạ phải có dán nhãn ghi rõ các thông tin sau:

a) Đồng vị phóng xạ; dạng hóa học (tênthuốc và công thức hóa học);

b) Tổng hoạt độ phóng xạ của chế phẩm;

c) Ngày đo hoạt độ phóng xạ;

d) Ket quả đo độ tạp chấthóaphóng xạ;

đ) Tên, địa chỉ của nhà sản xuất và ngày sản xuất;

e) Ngày hết hạn sử dụng;

g) Số củalô hoặc mẻ sản xuất;

h) Thể tích của chế phẩm thuốc phóng xạ (truờnghợp ở dạng dung dịch);i) Các thông tin khác đối với nhãn thuốc theo quy định của pháp luật vềdược

2 Yêu cầu an toàn đối vói thiết bị và thiết kế khoa phòng

2.1 Yêu cầu vói thiết bị

Cơ sở y học hạt nhân phải trang bị các thiết bị và dụng cụ bảo vệ an toàn bức xạ sau:

a) Tủ hútcó thể tích và lưu lượng hút phù hợp để pha chế, phân liều thuốcphóng xạ;

b) Bàn để pha chế, phân liều thuốc phóng xạ có màn che chắn chì kết họpvới vật liệu che chắn bứcxạ beta hình L và màn quan sát bằng kínhchì;

c) Tay gắp, kẹp nguồn để thaotác với nguồn phóng xạ từ xa;

d) Bình đựng thuốc phóng xạ có che chắn chì và lóp vỏ bên ngoài chống vỡ;

đ) Khay được thiết kế đặc biệt để pha chế, phân liều thuốc phóng xạ dạng lỏng;

e) Xilanh có che chắn chì được thiết kế đặc biệtđể sử dụng trong y học hạtnhân;

g) Ống hút (pippet) tự động dùng một lần;

h) Dụng cụ để xử lý chấtphóng xạbịđổ

2.2 Yêu cầu thiết kế khoa phòng

Phòng đặt thiết bị bức xạ, phòng làm việc với nguồn phóng xạ và thuốcphóng xạ, kho lưu giữ nguồn phóng xạ hoặc chất thải phóng xạ và phòng lưungười bệnh điều trị bằng phóng xạ không được đặt liền kề khoa sản, khoa nhi

Phòng đặt thiết bị bức xạ phải bảo đảm kích thước theo quy định tại Phụ lụcI ban hành kèm theo Thôngtư liên tịch 13-2014 BKHCN

Chiều dày bảo vệ củatường, sàn, trần, cửa ra vào phòng đặt thiết bị bức xạ, cửa quan sát của phòng điều khiển phải được tính toán thiết kế theo quy định tạiĐiều 7 Thông tư số 19/2012/TT-BKHCN ngày 18/11/2012 của Bộ trưởng BộKhoa học và Công nghệ quy định vềkiểm soát và bảo đảman toàn trong chiếu xạ nghề nghiệp và chiếu xạ công chúng và phải bảo đảm mức liều bức xạ tiềm năngcủa môi trường làm việc trong thực tế (không tính phông bức xạ tự nhiên)

1 Khi tính toán thiết kế che chắn bức xạ cho khu vực kiểm soát và khuvực giám sát, tổ chức, cá nhân tiến hành công việc bức xạ phải áp dụng mức kiềm chế liều bức xạ nghề nghiệp nhỏ hơn hoặc bằng 3/10 giá trị giới hạn liều đối với nhân viên bức xạ

2 Khi tính toán thiết kế che chắn bức xạ cho khu vực công chúng, tổchức, cá nhân tiến hành công việc bức xạ phải áp dụng mức kiềm chế liềubức xạ công chúng nhỏ hơn hoặc bằng 3/10 giá trị giới hạn liều đối với công chúng trên cơ sở xem xét cácyếutố sau:

a) Sự đóng góp liều từ các nguồn bức xạ và công việc bức xạ khác, kể

cả các nguồn và các công việc bức xạ có thể phát sinh trong tương lai;

b) Những thay đổi tiềm tàng có thể ảnh hưởng đến chiếu xạ côngchúng như thay đổi đặc tính và vận hành của nguồn;

c) Những kinh nghiệm vận hành tốt các nguồn bức xạ hoặc tiến hànhtốt các công việc bức xạ tương tự.

3 Cơ sở hạt nhân có xử lý hoặc lưu giữ chất thải phóng xạ trong hồ sơthiết kế cơ sở phải có dữ liệu về nền móng công trình, nước ngầm, nước bềmặt, nước sinh hoạt; đánh giá khả năng thẩm thấu, vận chuyển nhân phóng xạ trong đất, nước; chứng minh thiết kế có khả năng ngăn ngừa rò ri chất phóng

xạ vào đất, nước và không khí

Cơ sở y học hạt nhân phải có phòng bảo quản và làm việc với thuốc phóng

xạ (phân liều), phòng cho ngườibệnh uống hoặc tiêmthuốc phóng xạ, phòng lưugiữ chất thải phóng xạ, phòng vệ sinh riêng cho người bệnh đã dùng thuốc phóng

xạ, phòng đặt thiếtbị gamma camera, phòng lưu người bệnh nếu có điều trị người bệnh cường giáp hoặc ung thưtuyến giáp, khu vực tắm, rửa của nhân viênsau khi làm việc tiếp xúc với thuốc phóng xạ Các phòng và khu vực này phải được thiết

kế bảo vệ chống chiếu ngoài và chống nhiễm bẩn phóng xạ, cụ thểnhư sau:

a) Phải được tính toán thiết kế che chắn bứcxạ sao cho suất liều bức xạ nơicông chúng đi lại, người bệnh ngồi chờ, các phòng làm việc lân cận không vượt quá 0,5 pSv/giờ;

b) Sàn và tường các phòng có nguy cơ bị nhiễm bẩn phóng xạ phải được phủ bằng vật liệu nhằn, không thấmnước, dề tẩy rửa;

c) Chậu rửa cho nhân viên sau khi thao tác với thuốc phóng xạ phải được lắp hệ thống vòi rửa tự động hoặc vòi rửa có cần gạt để mở nước bằng chân hoặc bằng khuỷu tay;

d) Toàn bộ nước nhiễm bẩn chất phóng xạ phải được thu gom bằng đườngthoát nước riêng đưavào bể xử lýchất thải phóng xạ lỏng

Phòng đặt thiết bị bức xạ, phòng làm việc với nguồn phóng xạ và thuốcphóng xạ, phòng lưu người bệnh uống thuốc phóng xạ trong y học hạt nhân hoặc cấy nguồn phóng xạ trong xạ trị áp sát, phòng điều khiển thiết bị xạ trị phải được phân loại là vùng kiểm soát và phải áp dụng cácbiện pháp sau:

a) Đặt ở phía trên cửa ra vào khu vực kiểm soát một biển cảnh báo bức xạtheo mẫu quy định tại Phụ lục II ban hành kèm theo Thông tư liên tịch 13-2014BKHCN

b) Lắp đèn báo hiệu tạicác cửa ra vào phòng đặt thiết bị bức xạ, phòng cấynguồn xạ trị áp sát, phòng pha chế thuốc phóng xạ và phải bảo đảm đèn báo hiệu phát sáng trong suốt thời gian đang tiến hành công việc bứcxạ;

c) Gắn nội quy an toàn tại cửa ra vào khu vực kiểm soát;

Kho lưu giữ nguồn phóng xạ hoặc lưu giữ chất thải phóng xạ phải đượcthiếtkế và áp dụng các biện pháp kiểm soát nhưsau:

a) Bảo đảm sao cho suất liều bức xạ ở mọi vị trí bên mặt ngoài tường kho không vượt quá 0,5 pSv/giờ;

b) Đặt biển cảnh báo bức xạ theo mẫu quy định tại Phụ lục II ban hành kèm theo Thông tư liên tịch này tại cửa ra vào kho và tường bên ngoài nơi tiếpgiápvới khu vực có người qua lại;

c) Áp dụng biện pháp giám sát, ngăn chặn người không có phận sự đi vàokho

3 Yêu cầu an toàn đối vói con ngưòi

3.1 Yêu cầu đối vói nhân viên