KỸ THUẬT Y HỌC HẠT NHÂN PETCT

Thật vậy, nhiều kỹ thuật ghi hình bằng máy SPECT Single Photon Emission Computed Tomography - chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon, SPECT/CT, PET Positron Emission Tomography - chụp cắt l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA Y - DƯỢC

BÀI TẬP HỌC KỲ MÔN: Y HỌC HẠT NHÂN

KỸ THUẬT

Y HỌC HẠT NHÂN PET/CT

Sinh viên nhóm 1 Người hướng dẫn:

1 Đặng Đình Thiêm GS TSKH Phan Sỹ An

3 Nguyễn Đức Quang Huy

4 Bùi Khánh Linh

5 Đặng Hoàng Nguyên

6 Trần Thị Thu Trang

HÀ NỘI – 2016

1

MỤC LỤC

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

2 NỘI DUNG 5

2.1 ĐỊNH NGHĨA 5

2.2 NGUYÊN LÝ GHI HÌNH PET/CT 5

2.3 DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ 6

2.3.1 Định nghĩa 6

2.3.2 Dược chất phóng xạ dùng cho PET hay PET/CT 6

2.5 THIẾT BỊ 8

2.6 CHỈ ĐỊNH VÀ CHỐNG CHỈ ĐỊNH 9

2.6.1 Chỉ định 9

2.6.2 Chống chỉ định 10

2.7 QUY TRÌNH THỰC HIỆN 10

2.8 ỨNG DỤNG TRONG UNG THƯ HỌC: 11

2.8.1 Nguyên lý ghi hình khối u bằng máy PET/CT (Ghi hình khối u theo nguyên tắc chuyển hoá) 11

2.8.2 Dược chất phóng xạ và những biến đổi sinh lý trong khối u 13

2.9 ỨNG DỤNG KHÁC TRONG LÂM SÀNG 19

2.9.1 Ứng dụng lâm sàng của PET/CT trong tim mạch 19

2.9.2 Ứng dụng lâm sàng của PET/CT trong thần kinh 20

2.9.3 Ứng dụng lâm sàng của PET/CT trong viêm và nhiễm trùng 21

3 KẾT LUẬN 23

MRI (Magnetic resonance imaging): chụp cộng hưởng từ hạt nhân

SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography): chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon

DCPX: dược chất phóng xạ

HCĐD: hợp chất đánh dấu

18

FDG: 18F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose

3

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, năng lượng hạt nhân không còn quá xa lạ với mỗi người Nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, địa chất tài nguyên, thủy văn khí tượng… đặc biệt là y học, được gọi là y học hạt nhân Y học hạt nhân chỉ được phát triển hơn nửa thế kỷ nay Con người đã sử dụng những đồng vị phóng xạ với những liều lượng rất nhỏ nhưng có thể theo dõi, ghi đo lại khi chúng đến những vị trí tận cùng ở các mô tế bào

Thật vậy, nhiều kỹ thuật ghi hình bằng máy SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography - chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon), SPECT/CT, PET (Positron Emission Tomography - chụp cắt lớp bằng bức xạ positron) và PET/CT đã ra đời và cho chúng ta những hình ảnh rõ nét, chính xác của các cơ quan, hệ cơ quan trong cơ thể với nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp CT-scan (chụp cắt lớp vi tính), MRI (cộng hưởng từ) hay siêu âm

PET/CT là kỹ thuật ghi hình y học hạt nhân có thể đánh giá được mức độ chuyển hóa, hoạt động chức năng của các tế bào trong một cơ quan, vì vậy chúng được sử dụng như phương pháp ghi hình chuyển hóa hay ghi hình chức năng hay ghi hình ở mức độ phân tử Trong khi các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh thông thường (CT, MRI, X-quang, siêu âm ) không thể phát hiện các tế bào ung thư hoặc các tổn thương ở các cơ quan ở giai đoạn sớm (giai đoạn chuyển hóa mức phân tử, tế bào ) nên hầu hết bệnh nhân đều được phát hiện ở giai đoạn muộn thì PET/CT cho phép thu nhận hình ảnh chuyển hoá, chức năng ở mức độ phân tử, tế bào và và hình ảnh về giải phẫu của tổ chức, cơ quan cần chụp, có khả năng phát hiện sớm các tổn thương bệnh lý với độ nhạy và độ chính xác cao

Sự ra đời của PET/CT đánh dấu một bước phát triển quan trọng trong y học hiện đại

Kể từ khi ra đời cho đến hiện nay, các ứng dụng của phương pháp chụp cắt lớp positron đã trải qua lịch sử phát triển trên 30 năm Từ giữa những năm

1970, PET bắt đầu được sử dụng nghiên cứu trong các bệnh thần kinh và tim

4

mạch Hơn một thập kỷ sau, các nhà nghiên cứu nhận thấy PET còn là một công

cụ chẩn đoán rất có giá trị trong ung thư

Tuy nhiên, hiện tại Việt Nam chỉ có 8 máy ghi hình PET/CT được đặt tại các bệnh viện lớn như Bệnh viện Việt Đức, Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Bệnh viện Quân đội 103, Bệnh viện đa khoa Đà nẵng, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện 115 và Bệnh viện Quân đội 175 ở TP HCM Từ

đó cho thấy việc ứng dụng PET/CT vào lâm sàng tại Việt Nam còn diễn ra rất chậm chạp so với các nước tiên tiến như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức… một phần vì

sự phức tạp, khó khăn và giá thành cao trong sản xuất và cung cấp các dược chất phóng xạ

2.2 NGUYÊN LÝ GHI HÌNH PET/CT

Khác với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh cấu trúc, giải phẫu như chụp cắt lớp vi tính (CT) hay cộng hưởng từ (MRI), PET ghi lại hình ảnh định tính và định lượng quá trình sinh - bệnh lý về chuyển hóa của các bệnh lý thông qua dược chất phóng xạ được đánh dấu

Về nguyên lý, bất cứ đồng vị phóng xạ nào phát positron đều có thể dùng làm chất đánh dấu trong chụp hình PET: Positron mang điện tích dương phát ra

từ hạt nhân nguyên tử đi được một quãng đường rất ngắn trước khi kết hợp với một electron trong mô ở vào một trạng thái kích thích gọi là Positronium, Positronium tồn tại rất ngắn, gần như ngay lập tức chuyển thành 2 photon phát tia gamma có năng lượng 511keV phát ra theo hai chiều ngược nhau trên cùng một trục với điểm xuất phát (hiện tượng hủy hạt) Một cặp photon này di chuyển theo 2 chiều trái ngược nhau được phát hiện bởi 2 detector đặt trong vòng detector Vòng detector này 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 cần chụp hình Mỗi cặp được ghi nhận và một mẫu dữ liệu thô được mã hóa, truyền về máy tính

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

6

Hình 1: Cơ chế chụp PET

Để 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 trên cùng một hệ thống Các nghiên cứu lâm sàng cho thấy hình ảnh PET/CT có giá trị chẩn đoán chính xác hơn các thông tin từ PET hay CT riêng rẽ

2.3 DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ

2.3.1 Định nghĩa

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 thuốc uống hoặc tiêm dùng trong chẩn đoán và điều trị bệnh

2.3.2 Dược chất phóng xạ dùng cho PET hay PET/CT

Sử dụng đồng vị phóng xạ phát positron làm chất đánh dấu gắn với các chất hoá sinh và các phân tử thuốc

7

Bảng 2: Một số dược chất phóng xạ dùng trong PET[8]

Hiện nay, bốn DCPX dùng trong PET chính th ức công nhận bởi 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 cơ tim 18

FDG hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất [7]

Thăm dò tưới máu cơ quan hay tổ chức thường dùng nước đánh dấu 15

O Ngoài ra , vài dược chất phóng xạ khác cũng được sử dụng cho ghi hình tưới máu cơ tim bằng PET/CT như: 13

N-amoniac, 82Rb+(được vận chuyển vào trong

cơ tim tương tự như K+),[11

C]-Acetat [7]

Thăm dò chuyển hoá: 18

FDG 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 trú nguyên nhân gây động kinh, chẩn đoán cơ tim sống còn (myocardial viability), chẩn đoán khu trú viêm, nhiễm trùng…[7]

Tổng hợp ADN: Sử dụng [3H]thymidin đánh giá sự tăng sinh tế bào Vận chuyển acid amin và tổng hợp protein: thường dùng 11C, 18F

8

Receptor: 18F-DOPA( đánh giá hệ dopaminergic trên bệnh nhân Parkinson), thụ thể 68Ga-DOTA-somatostatin( đánh giá bệnh và định hướng điều trị ung thư thần kinh nột tiết) [7]

Giảm oxy máu: Dùng các Nitroimidazol (như [18F]fluoromisonidazol) hay Cu-ATSM [7]

Những dược chất phóng xạ khác: aFLT (Fluoro-levo-thymidin) là một trong những dược chất được đặt nhiều kỳ vọng trong ung thư Ứng d ụng phổ biến nhất của 18FLT là trong ung thư phổi, chẩn đoán phân biệt tổn thương dạng nốt đơn độc ở phổi là lành tính hay ác tính

2.5 THIẾT BỊ

Ghi hình với máy PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại nhất hiện nay Cách kết hợp này sẽ tận dụng những ưu điểm của CT và của PET Kết hợp máy PET với CT - Scanner tức là ghép 2 loại đầu dò trên một máy

và dùng chung hệ thống ghi nhận lưu giữ số liệu và các kỹ thuật của máy tính

Về khung máy, PET/CT có cấu trúc gần tương tự CT và MRI:

Hình 2: Máy PET/CT

9

Bệnh nhân đồng thời vừa được chụp CT vừa được chụp PET, nên hệ thống này cho phép ghép chồng hình ảnh của CT và xạ hình PET lên nhau Sự phối hợp hình ảnh trên đã giúp chẩn đoán bệnh ở giai đoạn rất sớm, chính xác, tăng độ nhạy, độ đặc hiệu của kỹ thuật PET/CT nhờ có được đồng thời hình ảnh cấu trúc giải phẫu của CT và hình ảnh chức năng chuyển hoá của PET

Bên trong nó, có 1 bộ phận mang nhiệm vụ ghi nhận sự phát ra năng lượng từ các các hạt nhân phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân (PET modules), các ống tia X-ray và máy dò X-ray điện từ được xếp đối diện nhau trên 1 vòng tròn được gọi là dàn tín hiệu

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 và kiểm soát quá trình chụp qua hình ảnh trực tiếp Máy tính hỗ trợ tạo ra hình ảnh

từ dữ liệu thu được bởi gamma camera

2.6 CHỈ ĐỊNH VÀ CHỐNG CHỈ ĐỊNH

2.6.1 Chỉ định

a) Trong ung bướu:

- Chuẩn đoán ung thư

- Phân loại giai đoạn ung thư

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

- Lập kế hoạch xạ trị

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

b) Trong tim mạch:

- Đánh giá sự sống còn của cơ tim

- Đánh giá thiếu máu cơ tim

c) Trong thần kinh:

- Đánh giá tình trạng sa sút trí tuệ: bệnh Alzheimer, sa sút trí tuệ do nguyên nhân mạch máu v.v

10

- Đánh giá các tình trạng rối loạn vận động: bệnh Parkinson, liệt trên nhân tiến triển, teo đa hệ thống, v.v…

- Đánh giá trong bệnh rối loạn tâm thần

- Thăm dò tưới máu não

- Phát hiện tổn thương não gây động kinh

- Chuẩn đoán u não nguyên phát và di căn ung thư vào não

Chụp PET và PET/CT hầu như không có biến chứng ngoại trừ phản ứng

dị ứng với thuốc cản quang nếu có sử dụng phối hợp khi chụp CT

2.7 QUY TRÌNH THỰC HIỆN

Để chụp PET/CT, bệnh nhân sẽ được tiêm tĩnh mạch một liều thuốc có phóng xạ positron (hoặc có thể tùy vào hạt nhân phóng xạ mà sử dụng đường uống hoặc hít vào): Tiêm DCPX 18FDG với liều 0,1 – 0,2 mCi/kg, trung bình 10 mCi – 15mCi Sau khi được tiêm thuốc có phóng xạ, cơ thể sẽ phóng ra các tia gamma Thông thường, nó sẽ mất khoảng 60 phút để đánh dấu phóng xạ đi qua

cơ thể của bạn và để được hấp thụ bởi cơ quan hoặc mô đang được nghiên cứu Sau đó, bệnh nhân được quét hình định hướng (scout scan) toàn thân để xác định phần chụp CT và PET (1) Bệnh nhân được chụp CT (2) nhằm mục đích xác định độ suy giảm của các mô cơ quan trong cơ thể và khu trú, đối chiếu vị trí tổn

11

thương với hình ảnh PET Tiếp theo là bệnh nhân được ghi hình PET (3) Sử dụng hệ số suy giảm có được từ phần chụp CT để hiệu chỉnh tán xạ và hiệu ứng suy giảm, hình ảnh PET và CT được trình bày riêng biệt (4) Trộn hình tạo nên hình ảnh kết hợp PET và CT (5) Nhờ đó những bất thường về chuyển hóa tại các tết bào sẽ được ghi nhận, ngay trước khi có sự thay đổi về cấu trúc

Hình 3: Mô hình và quy trình chuẩn ghi hình PET/CT Lưu ý: Đối với bệnh nhân đái đường hoặc phụ nữ mang thai hoặc cho con

bú sẽ được bác sĩ tư vấn, hướng dẫn cách chuẩn bị phù hợp Bệnh nhân nên uống nhiều nước trước và sau khi chụp

2.8 ỨNG DỤNG TRONG UNG THƯ HỌC:

2.8.1 Nguyên lý ghi hình khối u bằng máy PET/CT (Ghi hình khối u theo

nguyên tắc chuyển hoá)

Nguyên tắc cơ bản của ghi hình khối u bằng PET là cần phải có cơ chế tập trung một cách đặc hiệu dược chất phóng xạ (DCPX) đã lựa chọn dựa trên cơ sở những khác biệt về sinh lý học hoặc chuyển hoá giữa khối u và tổ chức bình thường

DCPX sẽ theo dòng tuần hoàn và tập trung chủ yếu tại các tổ chức có tế bào ung thư và tham gia vào các quá trình chuyển hoá, tổng hợp, biến đổi trong

12

từng tế bào ung thư Tại đó hoạt độ phóng xạ cao hơn tổ chức lành xung quanh Hình ảnh thu được sẽ là hình ảnh các tổ chức ung thư đặc hiệu ở giai đoạn rất sớm, thậm chí ngay khi các tế bào ung thư đang ở giai đoạn rối loạn chuyển hoá cũng có thể thấy được hình ảnh của chúng

Như vậy, hình ảnh ghi được bằng PET với các DCPX thích hợp có thể giúp chúng ta phát hiện ở giai đoạn rất sớm và chính xác các khối u ung thư so với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác như CT, MRI và hình ảnh thu được mang đậm hình ảnh chức năng hơn là hình ảnh cấu trúc giải phẫu

**Cơ chế tập trung các dược chất phóng xạ vào tế bào ung thư trong ghi hình PET:

Trong đa số các trường hợp: khối u thường phát triển rất nhanh so với tổ chức bình thường, do đó việc sử dụng các nguyên liệu (acid amin, glucose, ) trong khối u thường cao hơn nhiều so với tổ chức lành Khi DCPX gắn với các nguyên liệu đó sẽ tập trung bất thường tại các mô bệnh lý giúp máy PET dễ dàng phát hiện

Ví dụ: Nếu gắn glucose với 18F (18FDG) hoặc 11C (11C-Glucose) thì các dược chất phóng xạ này sẽ tập trung tại các khối u ác tính nhiều hơn tổ chức lành

Như vậy để ghi hình khối u, người ta thường phải sử dụng nhiều loại dược chất phóng xạ, mà 18F -FDG chỉ là một trong số đó Việc sử dụng DCPX nào để ghi hình với máy PET là tuỳ thuộc vào đặc điểm, tính chất loại tế bào ung thư

Do đó, rất có thể là ghi hình với DCPX này (ví dụ với FDG ) là âm tính (không phát hiện được tổn thương), nhưng lại dương tính (phát hiện được tổn thương) với DCPX khác (ví dụ với 11C-Methionine ) Do đó để ghi hình phát hiện ung thư cần phải có các Cyclotron có công suất đủ lớn để sản xuất đủ các đồng vị phóng xạ

Về mặt kỹ thuật PET có thể ghi lại và tái tạo ảnh theo 3 chiều không gian Đặc biệt PET có thể ghi hình toàn thân hoặc từng phần cơ thể và cắt lớp theo

13

yêu cầu Độ dày một lớp cắt khoảng 3 - 4mm và có thể cắt theo 3 chiều (nằm ngang, chiều đứng trước - sau và phải - trái)

2.8.2 Dược chất phóng xạ và những biến đổi sinh lý trong khối u

Thay đổi sinh lý học trong khối u Dược chất phóng xạ

Tăng sử dụng glucose FDG, 11C - glucose

Tăng vận chuyển amino acid/ tổng

hợp protein

11

C – methionine, 11

C – ACHC, 11C - tyrosine Tăng tổng hợp DNA

11

C – thymidine, 11

C -fluorodeoxyuridine Giảm oxy vào khối u 18F - fluoromisonidazole

Tăng biểu lộ recepter estrogen 18

F – β - estradiol

O – H2O, 62Cu - PTSM Tăng kháng nguyên

18

F – tăng kháng thể đơn dòng kháng khối u

Tăng lưu giữ (duy trì) các thuốc hóa

chất dùng cho điều trị

5 - 18F – fluorouracil, 11

C - daunoubicin

Bảng 3: Một số dược chất phóng xạ và những biến đổi sinh lý tương ứng trong

khối u

** 18 FDG-PET/CT ứng dụng trong ung thư

Trong thực hành lâm sàng hiện nay 90- 95% số trường hợp chụp PET, PET/CT được sử dụng trong ung thư và 18

FDG là dược chất phóng xạ được sử dụng phổ biến nhất trong chụp PET hiện nay 18FDG là một chất có cấu trúc tương tự như glucose (thay nguyên tử hydro ở vị trí số 2 của glucose bằng 18

F)

18FDG được vận chuyển vào tế bào qua các chất vận chuyển glucose ở màng Khi vào trong tế bào, 18FDG được phosphoryl hóa trở thành FDG-6-phosphate