Báo cáo kiến tập ỨNG DỤNG HẠT NHÂN

Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng hiệu quả vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như: sản xuất đồng vị, điều chế dược chất phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị bệnh; sử

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN 1: ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG Y TẾ 4

BỆNH VIỆN UNG BƯỚU 5

1 Giới thiệu 5

2 Trang thiết bị 5

2.1 Thiết bị chụp CT đa cắt lớp 5

2.2 Thiết bị mô phỏng 7

2.3 Kỹ thuật xạ trị và thiết bị 8

2.3.1 Xạ trị ngoài 8

2.3.1.1 Máy xạ trị Cobalt-60 9

2.3.1.2 Máy xạ trị gia tốc tuyến tính 10

2.3.2 Xạ trị trong 13

PHẦN 2 ỨNG DỤNG TRONG KHỬ TRÙNG, BẢO QUẢN VÀ BIẾN TÍNH VẬT 14

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ BỨC XẠ VINAGAMMA 15

1 Giới thiệu 15

1.1 Lịch sử và phát triển 15

1.2 Hệ thống tổ chức 16

2 Ứng dụng trong chiếu xạ thực phẩm 19

2.1 Lợi ích của chiếu xạ thực phẩm 19

2.2 Ảnh hưởng của chiếu xạ lên các thành phần trong thực phẩm 19

2.3 Danh mục thực phẩm được phép chiếu xạ (số 3616/2004/QĐ-BYT) 19

3 Quy trình chiếu xạ ở Trung tâm Vinagamma 20

PHẨN 3: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ TRIỂN KHAI DỊCH VỤ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHO CÁC CƠ SỞ 22

TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP HỒ CHÍ MINH 23

1 Giới thiệu 23

2 Chức năng và nhiệm vụ 24

3 Hướng nghiên cứu của Trung tâm 24

4 Hoạt động dịch vụ kỹ thuật 25

4.1 Các dịch vụ kỹ thuật cơ bản 25

4.2 Ví dụ về một số dịch vụ 26

KẾT LUẬN 29

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm sáu mươi, kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu, ứng dụng khoa học được nhà nước ta quan tâm trong việc chuẩn bị cơ sở vật chất, đào tạo nhân lực Năm 1976, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt trực thuộc Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước được thành lập, và việc hoàn thành công trình khôi phục và mở rộng Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt vào tháng 3-1984 đã tạo ra bước phát triển nhảy bậc trong lĩnh vực này

Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng hiệu quả vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như: sản xuất đồng vị, điều chế dược chất phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị bệnh; sử dụng kỹ thuật nguồn kín xây dựng các hệ đo dung để đo mức chất lỏng, độ dày vật liệu, độ ẩm trong các dây chuyền tự động hoá; phân tích kỹ thuật tham gia vào chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản, bảo vệ môi trường, đánh giá một số quá trình tự nhiên như hiện tượng bồi lấp, xói mòn; sử dụng các nguồn bức xạ cường độ cao trong khử trùng, bảo quản thực phẩm; ứng dụng trong công nghiệp, sinh học,…

Trong bài báo cáo này, tôi sẽ trình bày về những ứng dụng điển hình trong y tế, khử trùng, bảo quản thực phẩm, trong nghiên cứu, phát triển của kỹ thuật hạt nhân

Do còn nhiều thiếu sót trong quá trình kiến tập cũng như thời gian kiến tập hạn chế, tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy để bài báo cáo của tôi được hoàn thiện tốt hơn

Qua đây, tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các Thầy trong khoa Vật lý Và gửi lời cám ơn đến các Thầy ở Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ Vinagamma, Trung tâm hạt nhân TP Hồ Chí Minh, bệnh viện Ung Bướu đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt bài báo cáo này Và đặc biệt, xin chân thành cám ơn thầy Hoàng Đức Tâm và thầy Phạm Nguyễn Thành Vinh đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình làm báo cáo

PHẦN 1: ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG Y TẾ

Kỹ thuật dùng nguồn phóng xạ dùng trong xạ trị được áp dụng từ những năm 1960 tại Bệnh viện K, Hà Nội, Trung tâm ung bướu TP Hồ Chí Minh và một số bệnh viện quân đội Năm 1971, các khoa ứng dụng bức xạ trong chuẩn đoán và điều trị bệnh tại Bệnh viện Bạch Mai, Hà Nội và Bệnh viện Chợ Rẫy, Tp Hồ Chí Minh được hình thành Từ thời điểm đó, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh với một số thiết bị đơn giản như máy quét hiện hình, xạ

ký thận hay các máy đo độ tập trung của iốt trong tuyến giáp Đáng kể là từ khi Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa vào hoạt động với một trong các chức năng chủ yếu là nghiên cứu sản xuất đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu thì số lượng các khoa này ngày càng tăng nhanh, nhiều thiết bị hiện đại được nâng cấp và trang bị

Các đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu cung cấp cho các bệnh viện được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoặc nhập ngoại Các loại đồng vị chính được sản xuất tại Đà Lạt là tấm áp P-32 để điều trị các bệnh ngoài da, dung dịch I-131 dưới dạng tiêm hoặc uống để chẩn đoán và điều trị bệnh bướu cổ; Tc-99m để hiện hình tìm các khối u bất thường trong não và tuyến nước bọt, các dược chất phóng xạ dưới dạng kit in-vivo đánh dấu với Tc-99m để hiện hình chẩn đoán chức năng và bệnh lý các cơ quan nội tạng của cơ thể như thận, gan, phổi, hệ tiêu hóa Hàng năm, khoảng 150 Ci chất phóng xạ các loại được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, đáp ứng khoảng 60% nhu cầu của Ngành Y tế

Ngày nay, bệnh viện Ung Bướu trở thành nơi điều trị ung thư cho toàn miền Nam Sau đây tôi xin giới thiệu về một số ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong lĩnh vực y tế của bênh viện Ung bướu mà tôi đã được kiến tập qua

BỆNH VIỆN UNG BƯỚU

1 Giới thiệu

Là trung tâm ứng dụng bức xạ trong y học Khám, hội chẩn, lập kế hoạch điều trị, theo dõi bệnh nhân ung thư bao gồm xạ trị và hoá trị

Đồng thời tham gia nghiên cứu khoa học về ung thư học lâm sàng

Hình 1.1 Bệnh viện Ung Bướu TP Hồ Chí Minh

2 Trang thiết bị

Bệnh nhân được chẩn đoán với các thiết bị chụp CT cắt lớp Sau đó, hình ảnh cắt lớp

đó của bệnh nhân được chuyển tải qua hệ thống vi tính đến phòng kỹ sư vật lý hạt nhân Ở đây, các kỹ sư sẽ lập trình chương trình điều trị, rồi chuyển bệnh nhân sang phòng mô phỏng

Dùng máy mô phỏng để định vị khối u, xác định liều xạ, hướng chiếu, lập kế hoạch điều trị, đúc chì, đưa ra các biện pháp che chắn Sau khi hoàn tất bệnh nhân sẽ được chuyển sang phòng điều trị Tại đây sẽ được điều trị bằng xạ trị với máy xạ trị Cobalt -60 hoặc máy gia tốc tuyến tính hay xạ phẫu

2.1 Thiết bị chụp CT đa cắt lớp

Hiện nay chụp cắt lớp vi tính trong y khoa hay còn được gọi là CT Scan, được ứng dụng rộng rãi để chẩn đoán bằng hình ảnh các bệnh lý từ đầu đến chân Máy chụp cắt lớp vi tính đa lát cắt là việc gia tăng số dãy đầu dò tia X trong hệ thống phát tia, làm tăng số hình và độ mỏng thu được trong cùng một đơn vị thời gian chụp Hiện nay, có các máy chụp cắt 1 lớp, đa lớp

Cấu tạo máy chụp CT

+ Một bộ nguồn cung cấp điện công suất cao cung cấp điện cho máy quét

+ Máy quét (scanner): Là bộ phận chính của hệ thống Một máy quét rất phức tạp nhưng cơ bản gồm các bộ phận: ống phát tia X, đầu dò, động cơ Các bộ phận này được bố trí trong một cái vòng lớn cao khoảng 2m Ở giữa vòng là một cái giường nhỏ có thể thay đổi vị trí linh hoạt để bệnh nhân nằm

+ Máy tính: máy quét được kết nối với một máy tính được thiết kế riêng cho việc tính toán dữ liệu thô thành hình ảnh Sau máy tính này ta có thể kết nối thêm một vài máy tính khác để tiếp tục xử lý hình ảnh

+ Các phần mềm xử lý và bảo quản hình ảnh

Hình 1.2 Máy CT

Máy quét phải được đặt trong phòng có khả năng chặn tia X Thông thường vách phải lót chì và sử dụng kính có chứa chì

Hiện nay máy CT đã phát triển qua 4 thế hệ

CT được sử dụng rộng rãi do cho hình ảnh sắc nét, độ tương phản cao Nhờ phần mềm ta có thể sử dụng dữ liệu một cách linh hoạt Giá thành dịch vụ hiện nay cũng không quá cao

Tia X không gây đau, do đó chụp cũng như chụp X-quang, chụp CT ta cũng không thấy đau Bạn có thể thấy khó chịu khi nằm trong cái vòng lớn, nhưng bạn cũng

sẽ không nằm lâu Mỗi ca chụp chỉ mất vài phút Trong một số trường hợp như chụp khối u, mạch máu,… phải tiêm thêm chất phản quang để tăng độ tương phản của ảnh Hoá chất này khá đắt tiền, do đó làm tăng chi phí của bạn

Tuy nhiên, khi chụp CT bạn không có cảm giác gì, mà cơ thể bạn đã nhận một liều lượng tia X nhất định, thường thì hấp thụ một liều bằng liều hấp thụ trong môi trường tự nhiên trong khoảng 6 tháng đến 3 năm

Để trả lời cho câu hỏi chụp thế nào là an toàn thì rất khó do nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố Vì thế càng hạn chế chụp càng tốt

2.2 Thiết bị mô phỏng

PET/CT được chỉ định nhằm: giúp phát hiện ung thư sớm, phân loại giai đoạn ung thư chính xác, phát hiện và đánh giá tái phát, di căn cũng như đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị và giúp lập kế hoạch xạ trị với PET/CT mô phỏng Khi sử dụng hình ảnh PET/CT mô phỏng để lập kế hoạch xạ trị gia tốc sẽ mang lại hiệu quả cao Ðây là một kỹ thuật cao của điều trị ung thư hiện nay trên thế giới

Hình 1.3 Máy PET/CT

Khi kết hợp PET/CT mô phỏng với kỹ thuật xạ trị điều biến liều sẽ giúp điều chỉnh chùm tia bức xạ theo hình thái và hình dạng của khối u, làm thay đổi (tăng/ giảm) cường độ chùm tia bức xạ theo mật độ tế bào ung thư (nơi có nhiều tế bào ác tính

sẽ nhận nhiều tia bức xạ hơn và ngược lại) Kết quả là liều bức xạ tập trung cao nhất tại khối u, nhưng lại thấp tại tổ chức lành Các cơ quan quan trọng được bảo

vệ tối ưu nên hiệu quả điều trị cao, ít tác dụng phụ của xạ trị Nâng cao hơn chất lượng cuộc sống, kéo dài thời gian sống thêm hoặc tăng cơ hội chữa khỏi bệnh cho người bệnh ung thư

Khi mô phỏng lập kế hoạch xạ trị bằng PET/CT giúp xác định chính xác rìa tổn thương trong những trường hợp ranh giới khó xác định giữa khối u và tổ chức xung quanh: các khối u đồng tỷ trọng (ung thư vòm, thanh quản, thực quản), giữa

u phổi với tổ chức phổi xẹp…đồng thời xác định thể tích khối u thô, giúp cho việc

xạ trị chính xác vào u và tránh chiếu vào các tế bào lành nhằm nâng cao hiệu quả cũng như giảm bớt các tác dụng phụ do tia xạ

Máy PET/CT thật ra là sự kết hợp giữa ảnh giải phẫu (CT) và chụp ảnh chức năng (PET) Nguyên tắc cơ bản của PET là hiện tượng huỷ cặp của positron phát ra từ hạt nhân nghèo neutron với electron, trong sự tự huỷ này sinh ra hai tia gamma có năng lượng 511keV bay theo hai hướng ngược chiều nhau Bằng cách bố trí các detector hướng ngược nhau và sử dụng mạch trùng phùng đặt bên ngoài để xử lý tín hiệu trùng phùng từ các biến cố huỷ cặp bên trong Các tín hiệu này được máy tính xử lý và tái hiện lại

Đây là một thiết bị chẩn đoán kỹ thuật cao, đầy tiềm năng cho nhiều thuận lợi trong chẩn đoán và theo dõi điều trị nhiều loại bệnh trong lĩnh vực ung bướu, thần kinh và tim mach; cung cấp nhiều thông tin chi tiết về quá trình chuyển hoá và giải phẫu cuả cơ thể trong cùng một lần ghi hình

2.2.1.1 Máy xạ trị Cobalt-60

Hình 1.5 Máy xạ trị Cobalt -60

Dùng nguồn Cobalt có hai mức năng lượng 1173 keV và 1332 keV, nguồn này có thời gian bán rã hơn 5 năm

Hình 1.6 Nguồn Cobalt-60 được bảo quản kĩ lưỡng

Máy được đưa vào vận hành năm 1994, do không có hệ thống đa chắn nên dùng chì

để che chắn mô lành

Khi tia xạ của máy xuyên qua da vào đến nới khối u thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với yêu cầu trong an toàn bức xạ Hơn nữa tia xạ sẽ mất hẳn ở độ sâu 5 cm Vì vậy, đối với những khối u nằm ở độ sâu hơn 5cm liều xạ của máy cobalt không thể vào tới nơi để điều trị

Máy này đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ Và nguồn cũ bỏ ra cần xử lý để đảm bảo an toàn bức xạ

Như vậy, trong xạ trị ung thư, loại máy này không cho phép thực hiện kỹ thuật điều biến cường độ (IMRT) không điều trị linh động, hiệu quả với các khối u ở những độ nông sâu khác nhau

2.2.1.2 Máy xạ trị gia tốc tuyến tính

Trước đây, việc xạ trị ung thư ở Việt Nam chỉ được thực hiện bằng máy xạ trị Cobalt, tuy nhiên với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ngày nay, đặc biệt là công nghệ vi sóng, các loại máy gia tốc ra đời với những nguồn phát sóng siêu cao tần Trong xạ trị, sự

ra đời của máy gia tốc là một bước ngoặt mới trong điều trị ung thư Với máy gia tốc, người sử dụng có thể thay đổi liều xạ cho phù hợp với tính chất và độ nông sâu của từng khối u khác nhau – điều mà máy xạ trị Colbalt-60 không làm được

Hình 1.7 Bệnh nhân đang được chiếu xạ bằng máy gia tốc tuyến tính

Máy gia tốc loại này có hai nguồn xạ để điều trị: chùm hạt electron trực tiếp và chùm photon được sản sinh ra do chùm điện tử đập vào đối âm cực (bức xạ hãm), chùm photon phát ra có năng lượng rất cao do động năng của chùm điện tử được gia tốc rất lớn Để hội tụ chùm tia theo hướng và vị trí mong muốn cần có một hệ thống từ trường kèm theo

Cấu tạo:

+ Súng electron

+ Ống dẫn sóng gia tốc

+ Bia tia X

+ Gương điều trị

Với ứng dụng trong xạ trị ung thư, máy gia tốc tuyến tính có thể tạo ra các chùm bức

xạ photon và electron với năng lượng thích hợp cho việc điều trị các trường hợp ung thư khác nhau Máy phát ra hai loại bức xạ với mỗi loại phát ra nhiều mức năng lượng khác nhau do đó có thể sử dụng rất linh hoạt và hiệu quả cho mọi loại bệnh ung thư khác nhau

Nếu sử dụng electron để điều trị : chùm tia electron sẽ di chuyển thẳng đến vị trí cần điều trị

Nếu sử dụng chế độ phát tia X : chùm electron sẽ đập vào một bia, từ đó các electron

bị hãm lại và phát ra tia X bằng hiệu ứng Bremstralung (bức xạ hãm)

Các mức năng lượng cần thiết của máy gia tốc tuyến tính (với người Việt Nam): Máy gia tốc tuyến tính có thể phát ra 2 mức năng lượng photon và 6 mức năng lượng electron

 Hai mức năng lượng photon 6 MV và 15 MV

6MV: điều trị não, đầu, cổ, ngực, phổi, bệnh bạch huyết, thấp chóp xương chậu và các bệnh trẻ em

15MV: điều trị não, phổi, bệnh bạch huyết, tuyến tụy, thấp chóp xương chậu và thấp khung chậu

 Sáu mức năng lượng điện tử Eletron 5MeV, 6 MeV, 8 MeV, 10 MeV, 12 MeV, 14

M

 Ưu nhược điểm của máy gia tốc tuyến tính

+ Đầu máy có thể chuyển động quanh giường bệnh nhân, giúp dễ dàng tạo ra các góc chiếu khác nhau

+ Đầu máy có gắn ống chuẩn trực (collimator) giúp định hướng tốt chùm bức xạ + Collimator cũng có thể xoay quanh trục, giúp trường chiếu bao sát khối u hơn, nhờ việc chọn hướng tối ưu

+ Có hai cặp ngàm chuyển động độc lập, hoặc đối xứng giúp dễ dàng trong việc tạo ra các trường chiếu có độ mở khác nhau tùy vào yêu cầu

 Và dưới đây là hình ảnh các bệnh ung thư trước và sau khi xạ trị ngoài:

Hình 1.8 Khối u trước và sau khi điều trị

Hình 1.9 Chụp cắt lớp CT rồi đưa vào mô phỏng PET/CT sau đó lên kế hoạch điều trị

cho ca ung thư thanh quản

Hình 1.10 Kỹ sư vật lý lập chương trình điều trị về liều lượng, hướng tia, cho bệnh

nhân ung thư thanh quản

2.2.2 Xạ trị trong

Kỹ thuật này áp nguồn phóng xạ lên sát tổn thương nên còn gọi là xạ trị áp sát Thiết

bị xạ trị áp sát hiện nay là máy xạ trị áp sát suất liều cao HDR

Ưu điểm chính của xạ trị áp sát là khả năng đưa liều phóng xạ lên cao trong một thể tích rất nhỏ và liều giảm nhanh ra ngoại vi không ảnh hưởng đến tổ chức lành chung quanh Điều này đòi hỏi các bác sĩ xạ trị có kinh nghiệm để đặt một cách chính xác catheter vào khối u và tính toán chính xác sự phân bố về liều lượng

Ngoài ra, ở bệnh viện còn có các phòng ban về y học hạt nhân, hoá trị, xạ phẫu cũng được đưa vào điều trị tuỳ vào yêu cầu của các loại ung thư và khả năng của bệnh nhân

PHẦN 2 ỨNG DỤNG TRONG KHỬ TRÙNG, BẢO QUẢN VÀ BIẾN TÍNH VẬT

Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong lĩnh vực khử trùng, biến tính vật liệu, bảo quản thực phẩm và nông sản, cải tạo sinh khối,…được nghiên cứu và triển khai khá thành công trong vòng hai mươi năm qua mang lại hiệu quả kinh tế cao, an toàn môi trường Thiết bị chính phục vụ là nguồn Cobalt-60 cường độ cao

Nguồn Cobalt với hoạt độ ban đầu là 16.5 kCi được lắp đặt tại Đà Lạt năm 1981 đã

mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ này

Kỹ thuật chiếu xạ liều cao để cắt mạch các polymer tự nhiên và các oligo để tạo ra các chế phẩm mới là một hướng ứng dụng tiên tiến của công nghệ bức xạ

Chế phẩm kích thích tăng trưởng thực vật từ alginat rong biển được chế tạo và đang triển khai thử nghiệm diện rộng trên phạm vi cả nước với diện tích hàng trăm hecta các loại cây rau quả, lương thực và cho năng suất tăng từ 15 - 30% so với đối chứng Màng chữa bỏng từ PVP và chitosan vỏ tôm cua được sản xuất và đang thử nghiệm lâm sàng tại một số bệnh viện cho kết quả tốt Các chế phẩm phòng chống nấm cũng được nghiên cứu và sản xuất Ngoài ra các chế phẩm ống nhựa chịu nhiệt chất lượng cao, kính thủy tinh màu, v.v được sản xuất nhờ kỹ thuật hạt nhân được người sử dụng ưa chuộng

Dùng bức xạ neutron từ Lò phản ứng Đà Lạt để chiếu xạ silic dùng trong công nghiệp chế tạo linh kiện điện tử, chiếu xạ làm lệch mạng tinh thể để tạo màu đá quý và bán quý như Topaz, Saphire là những hướng ứng dụng mang hiệu quả kinh tế cao

Dưới đây là báo cáo của tôi về Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ VINAGAMMA