chương 3: Hoá dược phóng xạ Mục tiêu: phản ứng, từ máy gia tốc và từ nguồn sinh đồng vị phóng xạ Generator.Nắm được nguyên lý các cách thức chính để sản xuất các hợp chất đánh dấu phón
Trang 12.5.3 ưu nhược điểm nổi bật của PET so với SPECT:
- PET không cần bao định hướng bởi vì chùm tia ở đây có năng lượng lớn và đơn năng
(511 keV) nên độ nhạy của máy ghi hình rất lớn, tốc độ đếm cao do đó không cần
dùng liều phóng xạ cao mà vẫn có độ phân giải tốt so với kỹ thuật SPECT Sự ghi nhận
bức xạ thực hiện trên 2 mặt phẳng đối xứng làm cho có thể sử dụng được nhiều loại
đầu đếm khác nhau về hình dạng và việc ghi hình cắt lớp được thuận tiện hơn
- PET cho hình ảnh chức năng, độ phân giải và độ tương phản cao, rõ nên mang lại rất
nhiều ích lợi trong chẩn đoán và theo dõi, đánh giá đáp ứng và kháng thuốc trong điều
trị ung thư Nó giúp ích rất nhiều trong hầu hết các chuyên khoa lâm sàng như tim
mạch, ung thư, nội, ngoại khoa Vì vậy những năm gần đây số lượng PET tăng nhanh
trên thế giới nhất là ở các nước phát triển
- Tuy nhiên cấu trúc của PET phức tạp hơn, dữ liệu nhiều hơn nên quá trình xử lí và
dung lượng lưu giữ cũng lớn hơn Đặc biệt kỹ thuật PET cần phải dùng các ĐVPX
phát positron
Dưới đây là các ĐVPX với các đặc điểm vật lý và các phản ứng xẩy ra trong Cyclotron khi sản xuất chúng:
18F (t1/2 = 109,7 min) 18O(p,n) 18F [18F] F -
18F (t1/2 = 109,7 min) 20Ne(d,a) 18F [18F] F2
11C (t1/2 = 20,4 min) 14N(p,a) 11C [11C]CO2
13N (t1/2 = 9,96 min) 16O(p,a) 13N [13N] NOx
15O (t1/2 = 2,07 min) 14N(d,n) 15O [15O] O2 Các DCPX thường dùng trong ghi hình PET là:
- Glucose : [18F] FDG
- Acid Amin : [11C] methionine, [18F] fluorotyrosine
- Nucleosides : [18F] FLT, [11C] thymidine
- Choline : [11C] choline, [18F] fluorocholine
- Hypoxia : [18F] FMISO, [18F] FETNIM
- Estrogen : [11C, 18F] estrogen derivatives, [18F] tamoxifen
- Somatostatin : [18F] octreotide
- Cisplatin v.v
Trong số các ĐVPX trên, 18F là quan trong nhất vì thời gian bán rP khá dài của nó
so với các ĐVPX phát positron khác và vì khả năng gắn tốt của nó vào phân tử
Desoxyglucose để tạo ra 18 - FDG, một DCPX rất hữu ích trong lâm sàng và nghiên
cứu y sinh học
Trang 2Tuy nhiên các ĐVPX này có thời gian bán rP ngắn nên bên cạnh máy PET phải có Cyclotron để sản xuất ĐVPX Điều đó gây thêm khó khăn cho việc phổ cập PET cả về
kỹ thuật và tài chính Vì vậy hiện nay số lượng PET không nhiều như SPECT
Kết luận lại có thể nói ưu điểm nổi bật của SPECT và PET là cho những thông tin
về thay đổi chức năng nhiều hơn là những hình ảnh về cấu trúc ở các đối tượng ghi
hình Chúng ta biết rằng sự thay đổi về chức năng thường xảy ra sớm hơn nhiều trước
khi sự thay đổi về cấu trúc được phát hiện Vì vậy không những nó góp phần cùng các
kỹ thuật phát hiện bằng hình ảnh của tia X, siêu âm hay cộng hưởng từ để chẩn đoán
các thay đối về kích thước, vị trí, mật độ cấu trúc của các đối tượng bệnh lý mà còn
cho người thầy thuốc các thông tin về thay đổi chức năng tại đó như tưới máu ở cơ tim,
khả năng thải độc của tế bào gan, thận, tốc độ sử dụng và chuyển hóa glucose ở các tế
bào nPo Từ đầu những năm 1980 việc ghi hình phóng xạ chung đP chiếm đến 60 ữ
70% khối lượng công việc chẩn đoán bằng kỹ thuật YHHN ở các cơ sở tiên tiến
Gần đây người ta đP nghiên cứu tạo ra hệ thống kết hợp PET với SPECT tạo ra máy PET/SPECT lai ghép (Hybrid) Máy này dùng tinh thể NaI dày hơn hoặc LSO cho
PET và YSO (Ytrium Orthosilicate) cho SPECT Hệ thống kết hợp PET với CT -
Scanner hoặc SPECT/CT tức là ghép 2 loại đầu dò trên một máy và dùng chung hệ
thống ghi nhận lưu giữ số liệu, các kỹ thuật của PC Hệ thống này cho ta hình ảnh như
ghép chồng hình của CT và xạ hình lên nhau 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) Hệ
thống này mang lại nhiều màu sắc phong phú cho kỹ thuật ghi hình phóng xạ nói riêng
và ghi hình y học nói chung
Câu hỏi ôn tập:
01.Giải thích cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá lên phim ảnh, từ đó có thể dùng
phim để ghi đo phóng xạ như thế nào ?
02.Kỹ thuật ghi đo phóng xạ nhiệt huỳnh quang là gì ?
03.Mô tả cấu tạo và giải thích cơ chế hoạt động của buồng ion hoá ?
04.Mô tả cấu tạo và giải thích cơ chế hoạt động của một loại ống đếm Geiger Muller
(G.M) ?
05.Nguyên lý hoạt động của đầu dò phóng xạ bằng tinh thể nhấp nháy ?
06.Thành phần cấu tạo chính và cơ chế khuếch đại tín hiệu của ống nhân quang điện
trong đầu dò nhấp nháy ?
07.Mô tả cách thức hoạt động của máy ghi hình vạch thẳng ?
08.Ưu, nhược điểm của máy ghi hình vạch thẳng ?
09.Giải thích cơ chế ghi hình phóng xạ bằng Gamma Camera nhấp nháy ? Ưu, nhược
điểm của nó ?
10.Cấu tạo của máy chụp cắt lớp bằng đơn photon (SPECT) ?
11.Giải thích cơ chế hoạt động của máy SPECT ? Ưu, nhược điểm của nó ?
12.Giải thích cơ chế hoạt động của máy ghi hình cắt lớp bằng Positron (PET) ? Ưu,
nhược điểm của nó ?
Trang 3chương 3:
Hoá dược phóng xạ
Mục tiêu:
phản ứng, từ máy gia tốc và từ nguồn sinh đồng vị phóng xạ (Generator).Nắm được nguyên lý các cách thức chính để sản xuất các hợp chất đánh dấu phóng xạ
DCPX trong chẩn đoán và điều trị
Mở đầu
Hoá dược phóng xạ (Radiopharmachemistry) được hình thành từ những năm 1910
do A Cameron sáng lập Ban đầu, chuyên ngành này mới chỉ nghiên cứu điều chế một
số hợp chất vô cơ đánh dấu đồng vị phóng xạ dưới dạng đơn giản G.Henvesy và
F Paneth là những người đầu tiên ứng dụng các hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ
nghiên cứu in vitro và in vivo ngay từ đầu những năm 1913 Sau đó, nhiều nhà y học
đE dùng thuốc phóng xạ, hoá chất phóng xạ làm chẩn đoán và điều trị bệnh MEi đến
những năm 1950, chuyên ngành hoá dược học phóng xạ mới phát triển toàn diện,
nhanh và mạnh Các trung tâm nghiên cứu hoá dược phóng xạ luôn tìm ra các hợp chất
đánh dấu mới ngày càng đáp ứng theo yêu cầu của y học hạt nhân Ngày nay, nội dung
chính của hoá dược học phóng xạ là nghiên cứu sản xuất hạt nhân phóng xạ, hợp chất
đánh dấu hạt nhân phóng xạ, hoá chất và dược chất phóng xạ theo mong muốn của y
học hạt nhân
Phần I:
Hoá phóng xạ
1 Các phương pháp điều chế hạt nhân phóng xạ
1.1 Điều chế từ tự nhiên
Có nhiều hạt nhân phóng xạ sẵn có trong tự nhiên đE được phát hiện và đưa vào ứng dụng trong nhiều ngành khoa học Trong y học cũng đE ứng dụng một số đồng vị
phóng xạ lấy từ quặng có trong bề mặt trái đất Nhờ những kỹ thuật vật lý, hoá học
người ta đE làm "phong phú" các mẫu quặng phóng xạ Sau đó, các mẫu quặng này
được tách chiết, tinh chế ra các mẫu đồng vị phóng xạ có độ tinh khiết cao Các hạt
nhân phóng xạ đó thường là Radium, Uranium được làm thành dạng kim dùng trong
điều trị các khối u nông Phương pháp điều chế này vẫn không giải quyết được những
yêu cầu đa dạng trong y học hạt nhân
1.2 Điều chế từ lò phản ứng hạt nhân
1.2.1 Tinh chế từ sản phẩm do phân hạch hạt nhân
Trong buồng lò phản ứng hạt nhân có chứa những thanh nhiên liệu phân hạch, thường là 238U và 235U Thông thường người ta dùng 235U, có chu kỳ phân huỷ
T1 /2 = 7 x 108 năm Trong quá trình phân hạch sẽ tạo ra nhiều hạt nhân phóng xạ khác
nhau Những sản phẩm do phân hạch còn được gọi là "tro" của lò phản ứng hạt nhân
Sau khi phân lập và tinh chế theo ý định cần lấy, ta thu được một số hạt nhân phóng xạ
Trang 4cần dùng trong y học hạt nhân như 90Sr, 99Mo , 131I và cả dạng khí 133Xe Điều chế hạt
nhân phóng xạ theo phương pháp này vẫn bị hạn chế bởi hiệu suất thấp và vẫn không
đủ loại hạt nhân theo yêu cầu
1.2.2 Điều chế bằng phương pháp bắn phá hạt nhân bia
Như đE biết trong quá trình phân hạch của những thanh nhiên liệu trong lò sẽ sinh
ra những tia nơtron Những nơtron này lại kích thích những mảnh phân hạch mới sinh
tạo ra phản ứng dây chuyền Những bức xạ nơtron sinh ra có năng lượng rất lớn nên có
vận tốc rất nhanh Để hạn chế tốc độ phải dùng các thanh điều khiển Các thanh điều
khiển này có chứa các nguyên liệu hấp thụ nơtron cao như Boron, Cadmiam và một số
chất khí nhẹ Các thanh điều khiển này có tác dụng làm cho nơtron đi chậm lại thành
chuyển động nhiệt với năng lượng khoảng 0,3 eV Với tốc độ này sẽ làm giảm tốc độ
phân hạch Những chùm tia nơtron nhiệt này được ứng dụng vào mục đích bắn phá các
hạt nhân bia bền để tạo ra các hạt nhân phóng xạ mới Quá trình bắn phá bằng nơtron
vào nhân hạt nhân bia sẽ xảy ra những phản ứng sau:
a Phản ứng nhận neutron phát tia gamma:
Gọi X là hạt nhân bia ( hạt nhân bền ); A là số khối; Z là số electron ( hay số thứ tự )
Ta có phản ứng tóm tắt sau:
Trong phản ứng này, hạt nhân bia nhận thêm một nơtron chuyển sang trạng thái kích thích : A+1 X * Từ trạng thái kích thích chuyển sang trạng thái cân bằng, hạt nhân
này phải phát ra tức thời một hạt nhân phóng xạ mới và thường có phân rE beta Sản
phẩm này không có chất mang vì nó không phải là đồng vị của hạt nhân bia Dùng
phương pháp tách chiết hoá học sẽ thu được hạt nhân phóng xạ tinh khiết Bằng
phương pháp điều chế này chỉ thu được hoạt tính riêng thấp mà thôi Ví dụ: I 131 được
điều chế theo phản ứng nhận nơtron sau:
b Phản ứng neutron phát proton:
Trong phản ứng này, nơtron phải có năng lượng từ 2 MeV đến 6 MeV Trong phản ứng (n, p) nguyên tử số của hạt nhân tạo thành giảm đi một, số khối vẫn giữ nguyên
Công thức tóm tắt của phản ứng :
Ví dụ một số hạt nhân được điều chế theo phản ứng này :
14 N ( n, p ) 14 C hoặc 32 S ( n, p ) 32 P
c Phản ứng nhận neutron phát tia alpha
Phản ứng này hạt nhân tạo thành có nguyên tử số giảm đi 2 và khối lượng giảm đi 3
Ta có công thức:
Phương pháp này ít được sử dụng
1.3 Điều chế hạt nhân phóng xạ từ máy gia tốc hạt
Các máy gia tốc các hạt tích điện được chia thành hai nhóm là gia tốc thẳng và gia tốc vòng
* )
,
Z
A Z
+
→
γ
I Te
n
130
X p
n
A
Z ( , ) ư1
X n
A Z
3 2
) ,
Trang 5a Máy gia tốc thẳng có các đoạn ống gia tốc xếp thẳng hàng dài tuỳ ý Nguồn
điện xoay chiều tần số cao cung cấp cho từng đoạn ống Các đoạn gần kề tích điện trái
dấu nhau Khi các hạt tích điện được phun vào ống gia tốc sẽ được tăng tốc dần do các
đầu ống tích điện trái dấu kéo đi và tăng tốc theo lực hút tĩnh điện quy định Quá trình
càng kéo dài thì có gia tốc càng lớn Máy gia tốc thẳng có thể làm tăng tốc hạt ρ đến
mức năng lượng 800 MeV
b Máy gia tốc vòng có cấu tạo hình xoắn ốc Các đoạn ống vòng chứa các đĩa hình bán nguyệt, tích điện trái dấu Các hạt tích điện cần tăng tốc đi qua mỗi đĩa cực này lại
được tăng tốc một lần Ví dụ, năng lượng hạt ρ có thể tăng tốc 30 MeV với bán kính quỹ
đạo nhỏ hơn 40 cm
Các hạt tích điện α, ρ, d được tăng tốc tới mức đủ năng lượng để bắn phá các hạt nhân bia để tạo ra các hạt nhân phóng xạ mới Phản ứng bắn phá hạt nhân bia trong
máy gia tốc hạt được ký hiệu như sau:
X n p X X
n p
A Z
2 1
) 3 , ( )
2 ,
Ví dụ một số hạt nhân điều chế từ máy gia tốc hạt:
11 B ( p, n ) 11 C ; 14 N ( d, n ) 15 O ; 16 O ( α, pn ) 18 F ; 12 C ( d, n ) 13 N
1.4 Sản xuất hạt nhân phóng xạ bằng Generator (nguồn sinh đồng vị phóng xạ)
(Radioisotope - Generator) là: hạt nhân phóng xạ cần điều chế được chiết ra từ cột sắc ký, trong đó hạt nhân phóng xạ “mẹ” hấp phụ lên chất giá sắc ký trong cột sắc ký,
hạt nhân phóng xạ "con" sinh ra trong quá trình phân rE của "mẹ" tan vào dung môi
sắc ký trong cột Dùng dung môi sắc ký chiết ra ta thu được hạt nhân phóng xạ cần
dùng
b Những yêu cầu cơ bản của một hệ Generator:
1 Hạt nhân "con" được sinh ra với độ tinh khiết phóng xạ và tinh khiết hạt nhân phóng xạ cao
2 Phải an toàn, đơn giản trong thao tác
3 Sản phẩm chiết ra phải thuận tiện trong điều chế dược chất phóng xạ
4 Hệ Generator phải vô khuẩn, không có chất gây sốt, gây sốc
5 Khả năng tách chiết phải đa dạng, dễ dàng
6 Đời sống hạt nhân phóng xạ con phải ngắn hơn 24 giờ
Trong ứng dụng hàng ngày tại các khoa y học hạt nhân thường dùng các loại Generator 99Mo- 99mTc, 113Sn - 113mIn, 68Ge- 68Ga, 83Y - 87mSr Generator được dùng
nhiều nhất hiện nay là 99Mo- 99mTc
2 Hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ
Định nghĩa
Hợp chất đánh dấu hạt nhân phóng xạ (HCĐD) là một hợp chất vô cơ hay hữu cơ
được đánh dấu với một hay nhiều hạt nhân phóng xạ cùng loại hay nhiều loại khác
nhau dưới dạng liên kết hoá học bền vững Ví dụ: NaI131, NaTc99mO4 , albumin-I131,
MIBI-Tc99m, DTPA-Y90, aa-14C 3H và R - 14CH2 =C3H2 -
Các phương pháp điều chế
2.1 Tổng hợp hoá học
2.1.1 Đánh dấu 14 C