Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD

Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD Tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình 18f FDG PETCT bằng phương pháp MIRD

NGUYỄN TẤN CHÂU

TÍNH LIỀU CHIẾU TRONG CHO BỆNH NHÂN

GHI HÌNH 18F-FDG PET/CT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MIRD

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Tr n p

c m đo n c m n ản đ c u c c t u t n n – V t n m c c c u – c v t t t n m c c c ản u n m c c c n – đ t m đ u CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ GHI HÌNH PET, PET/CT VÀ THUỐC PHÓNG XẠ FDG 1

1.1 Giới thi u 1

1.2 L ch sử của máy ghi hình PET/CT trên th giới và tình hình nước ta 3

1.2.1.Trên th giới 3

1.2.2.Tại Vi t Nam 6

1.3 Nguyên lý ghi hình PET/CT 7

1.3.1 Nguyên lý ch p hình CT 7

1.3.2 Nguyên lý ghi hình PET 8

1.4 Cấu tạo máy PET/CT 11

1.4.1 Khoan máy CT 11

1.4.2 Khoan máy PET 12

1.5 Thu c phóng xạ 18F-FDG 15

1.5.1 Khái ni m về thu c phóng xạ 15

1.5.2 Sản xuất thu c phóng xạ 15

1.5.3 Thu c phóng xạ 18F-FDG 17

1.5.4 C c hấp t u và đào t ải thu c phóng xạ 18F-FDG 18

CHƯƠNG 2 LIỀU CHIẾU TRONG VÀ PHƯƠNG PHÁP MIRD 21

2.1 Khái ni m về liều lượng bức xạ trong ghi hình PET/CT 21

2.1.3 Liều hấp th 22

2.1.4 Liều hấp th trung bình 22

2.1.5 Liều tư n đư n 22

2.1.6.Tư n đư n l ều hi u d ng 23

2.1.7.Liều hi u d ng 24

2.2 Hoạt độ phóng xạ, th n đào t ải của chất phóng xạ tron c t 25

2.2.1.Hoạt độ phóng xạ (A) 25

2.2.2 Th i gian bán rã v t lý, sinh học và hi u d ng 26

2.3 Tính liều chi u tron t eo p ư n p p MIR 28

2.3.1.Tính suất liều hấp th 32

2.3.2 Tính liều hấp th 38

2.4 C ư n tr n tín l ều OLINDA 42

2.5 Hạn ch củ p ư n p p MIR 44

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TỪ HÌNH ẢNH PET/CT 45

3.1 Khái ni m về giá tr hấp thu chuẩn hóa, SUV 45

3.2 Nh ng y u t ản ư n đ n giá tr SUV 47

3.3 Ki m chuẩn SUV 50

3.3.1 M c đíc 50

3.3.2.Thi t b ki m chuẩn 51

3.3.3 K t quả ki m chuẩn SUV 52

3.4 P ư n p p hình PET/CT 53

3.4.1 Tiêu chuẩn chọn b nh 53

3.4.2 Tiêu chuẩn loại trừ 53

3.4.3 Chuẩn b và ghi hình 53

3.4.4 Xác đ nh cỡ mẫu nghiên cứu 54

3.7 Tính hoạt độ tích luỹ A r ,T  S D từ %ID 59

3.8 Đ n àm làm ớp 62

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRÊN BỆNH NHÂN 63

4.1 S li u thực nghi m 63

4.1.1.Giá tr hấp thu chuẩn hóa trung bình 64

4.1.2.Ph n trăm oạt độ tích luỹ (%ID) 66

4.1.3.Th i gian t n lưu t u c phóng xạ, S 68

4.2 Tính liều hấp th , liều hi u d ng từ c ư n tr n O IN 69

4.3 So sánh với k t quả của một s công trình nghiên cứu khác 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

D NH MỤC CÁC C NG TR NH NGHI N C HO H C 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Tô ọc v ên: N uyễn Tấn C âu Mã s ọc v ên: 11 34 001

X n c m đo n toàn ộ nộ dun tron lu n văn này được t ực n một c c n êm túc và trun t ực C c s l u tín to n được t ực n tạ n tô đ n côn t c là

Đ n v PET-CT và Cyclotron – b n v n C ợ Rẫy S l u củ tô oàn toàn trun

t ực ôn s o c ép từ ất ỳ côn tr n n ên cứu nào c

Đ oàn t àn lu n văn này tô x n c ân t àn c m n đ n:

Trư n Đạ ọc K o ọc Tự n ên N n n ư luôn ủn ộ và úp đỡ tô n t

t n tron t n ọc và làm lu n văn này Tô luôn cảm n n được sự c sẻ

n n ấm từ tất cả quí T y Cô tron ộ môn Và đặc t c o tô l c m n

c ân t àn đ n T y C âu Văn Tạo, T y luôn độn v ên và íc l t n t n, khuy n íc tô t vào c o ọc củ ộ môn cũn n ư tạo đ ều n đ tô được

t m dự đ y đủ c c ản dạy, úp tô u sâu về n t ức ạt n ân còn ạn

c củ m n và T y đã t n t n c ỉ dẫn tô , úp tô oàn t àn lu n văn này

p c, là o tư l u quí mà ất ỳ n ư ọc v ên c o ọc nào cũn nên t m đ n

có ó ăn, và tô cũn ôn p ả là trư n ợp n oạ l

v n C ợ Rẫy, là đ n n p tron tổ v n àn m y PET/CT úp tô t ực n

n PET/CT t eo n n yêu c u rất đặc t, lưu tr t ôn t n d l u n n ân

p c v c o côn v c tr cứu s l u, là c c n c sĩ úp tô tron v c đọc n

ản , v trí, cấu trúc củ c c c qu n tron c t đ tô tín to n được tr p ân tíc n đ n lượn SUV p ù ợp và c ín x c, là c c n c em đ n n p tron tổ v n àn Cyclotron – tổn ợp t u c p ón xạ đã tạo mọ đ ều n t u n

lợ c o tô về t n và côn v c đ tô t eo ọc c ư n tr n c o ọc và t ực

n lu n văn này

cun cấp c o tô c ư n tr n tín l ều O IN và n n n n m quí mà

n u ôn có sự úp đỡ này tô sẽ ặp n ều ó ăn tron n ên cứu này

d y tron tô n n n ản ỷ n m đẹp củ t s n v ên qu đó íc t íc

t n t n ọc t p củ tô rất n ều

Tiếng Anh Tiếng Việt

C ư n tr n đ n l ều mức c qu n

H r ,T Liều tư n đư n đ n c qu n đíc

hạt nhân

CT Máy c t lớp đ n toán/vi tính

STT Chỉ số

with TrueV

7

positron trong ghi hình PET

quan theo ICRP-30

lưu đ tính toán của MIRD

30

mô n n ư i giả chuẩn

củ lu n văn so với k t quả củ một s côn tr n

n ên cứu c

văn này so với các công trình khác

74

STT Chỉ số

là nh ng kh tăn ấp thu phóng xạ nằm trong vùng phổi phải của b nh nhân

1

cho thông tin về cấu trúc củ c c c qu n, ảnh này cho thấy rất ó đ nh n bi t được v trí của tổn t ư n ; (B)

là ảnh PET cung cấp hình ảnh chuy n hóa của tổn

t ư n , trên n là nh ng n t sáng bất t ư ng và ảnh (C) là ảnh k t hợp PET/CT cung cấp cả hai loại thông tin cho ta bi t rất rõ hình dạng và v trí của tổn t ư n

2

tinh th nhấp nháy NaI(Tl), được xem là máy ghi hình

c t lớp phát xạ pos tron đ u tiên trên th giới

Pittsburgh, g m: máy CT và máy PET tách r i nhau,

àn đ ều khi n và thu nh n d li u (B) Máy PET/CT tại Đại học P tts ur năm 1998 s u được l p ráp thành một kh i máy hoàn chỉnh (C) ảnh của một b nh nhân

có tổn t ư n vùn đ u-cổ (mũ tên) được ghi hình trên m y PET/CT năm 1999

5

True V, đ n được khai thác tạ đ n v PET-CT &

Cyclotron – b nh vi n Chợ Rẫy Thi t b này được l p

6

PET/CT đ u tiên tại Vi t Nam và đ n n ày 19/08/2013

đã thực hi n ca PET/CT thứ 4000

X và kh đ u dò quay quanh b n n ân đ tạo hình c t lớp 3 chiều

8

trư ng và sự hủy cặp pos tron/electron đ hình thành 2 tia gamma 511 keV

9

pos tron và c c trí c c đ u dò PET t àn vòn tròn

11

là loạ đ u dò liên t c cho phép ghi hình c t lớp 3 chiều

mà không c n di chuy n quanh tr c b nh nhân Trong khi các thi t k B, D là loạ đ u dò r i rạc do v y đ ghi hình 3 chiều thì các kh đ u dò phải quay quanh tr c

b nh nhân

12

b nh nhân (B) hình ản c c đ u dò PET trong thực t của máy Biograph 64 True Point, g m 4 dãy đ u dò b trí thành vòng tròn liên t c tạo t àn trư ng nhìn FOV theo tr c ghi hình từ đ u đ n chân là 21,6 cm

13

Chợ Rẫy và (B) máy Cyclotron – Cyclone 30 MeV tại

17

Qu tr n c uy n ó củ t u c G và Glucose tron

t ào

tròn “ROI” màu x n l cây là v trí củ tổn t ư n

= 0,55

19

(glucose) và (B) là của thu c phóng xạ FDG

20

qu n đíc “T”; ( ): ngu n trùn đíc ; ( ): đíc nằm bên trong ngu n; (C): ngu n nằm ên tron đíc ; ( ):

ngu n và đíc là c qu n c n u, nằm g n hoặc cạnh nhau

29

Eckerman

38

n ân đ t y s tư t trong quá trình ghi hình PET/CT, làm cho hình ảnh sau cùng gi n n ư mất một p n

ản o v y, n u ta vẽ “ROI” tron vùn này t tr SUV sẽ sai hoàn toàn

50

tại b nh vi n Chợ Rẫy, từ trái sang g m: d ng c pha nước và ngu n phóng xạ, phantom hình tr chứ nước, máy in hoạt độ và m y đo l ều “Dose calibrator CRC-25 PET”; ( ) ghi hình PET/CT với Phantom bi t trước

51

to n từ phantom, và giá tr khác bi t (mũ tên màu x n )

gi a hai l n hi u chỉnh nằm tron n ưỡng cho phép sai

vi c tính liều chi u tron t eo p ư n p p MIR

54

(Fluoropropyl-Dihydrotetrabenazine)

55

được dùng cho phiên bản củ c ư n tr n O IN 1.0 và (B) th h mới của mô hình phantom Segars NURBS sẽ được dùn làm c s đ tính liều trong

tư n l c o c c p ên ản OLINDA nâng cấp

58

là 3 giá tr tính toán r i rạc đ i vớ c qu n n u n là não; (B) đư ng liền nét là p ư n tr n đào t ải phóng

xạ tron c t , có dạng suy giảm exponential, %ID(t) =

G n PET là một ỹ t u t c ẩn đo n n ản y ọc ạt n ân n đạ , được p

d n trên t ớ từ n n t p n ên 1980-90s và n ày n y tr nên p ổ n u

t c c qu c p t tr n, đặc t s u sự n p t m n m y n PET/CT vào năm 2000 Đ n dấu một tr n sử mớ c o n àn y ọc ạt n ân, sự t ợp

n ản c t ọc (ản CT) và n ản c uy n ó (ản PET) tron cùn một l n c p úp đem lạ n n lợ íc to lớn c o c c c sĩ lâm sàn tron v c

c ẩn đo n và t eo dõ c c loạ n l , đặc t là n l un t ư, t n n và t m mạc Tuy n ên, đ èm vớ n n lợ íc về í cạn y ọc c ẩn đo n t n

n ân n PET/CT p ả n n một l ều c u từ n u n ức xạ đó là l ều

c u n oà từ ỹ t u t c p n CT và l ều c u tron từ ỹ t u t n PET

T eo y văn [37], t l ều u d n từ n PET ằn t u c p ón xạ G vào oản 7 mSv ứn vớ l ều t êm là 10 mC (370 MBq), và t eo côn củ c qu n

n uyên tử năn qu c t t l ều u d n toàn t ân mà n n ân n n được tron

Tạ V t N m, n PET/CT được đư vào ứn d n tạ n v n C ợ Rẫy vào t n 3 năm 2009 Tín đ n t đ m n tạ t đã có 6 m y PET/CT t p trun t àn p lớn là Hà Nộ và H C í M n và một s m y PET/CT đ n được tr n tạ c c tỉn m ền trun Trong vấn đề tín l ều ức xạ c o n n ân ghi hình PET/CT tạ V t N m từ trước đ n n y đều sử d n s n đổ l ều

n n ư ả c uẩn có cân nặn n m ớ trun n là 73 và 57 đ vớ n

ớ o v y v c p d n s này vào tín to n c o n ư V t N m vớ cân nặn

n m trun n là 53 và n là 48 [2] sẽ ôn oàn toàn c ín x c, v t m c

t êu củ c ún tô tron n ên cứu này là t ôn qu v c tín to n l ều c u tron

c o n n ân n G PET/CT ằn p ư n p p MIR đ x c đ n s n

Nam

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ GHI HÌNH PET, PET/CT VÀ THUỐC PHÓNG XẠ FDG

Chương này trình bày các vấn đề: Khái niệm về máy ghi hình PET, PET/CT Khái quát lịch sử của thiết bị ghi hình PET, PET/CT Nguyên lý của phương pháp ghi hình PET/CT, nguyên lý sản xuất thuốc phóng xạ và thuốc phóng xạ FDG Đây là

những đối tượng sẽ được nhắc đến nhiều trong luận văn này

1.1 Giới thiệu

PET, viết tắt của “Positron Emission Tomography”, còn gọi là máy ghi hình cắt lớp

positron hay còn gọi là máy ghi hình cắt lớp dương tử Máy ghi hình PET được sử dụng trong các khoa y học hạt nhân để phục vụ cho việc chẩn đoán Ưu điểm của ảnh PET là chúng cung cấp hình ảnh chuyển hóa “metabolism imaging” hay ảnh chức năng của các tổn thương trong cơ thể người bệnh giúp cho bác sĩ lâm sàng chẩn đoán bệnh sớm hơn và tốt hơn của các bệnh lý liên quan như thần kinh, tim mạch và ung thư Tuy nhiên, giống như hầu hết các hình ảnh thường qui của y học hạt nhân là ảnh PET không cho hình ảnh rõ nét, chúng có độ phân giải thấp vì vấp phải vấn đề cân nhắc giữa chất lượng hình ảnh và liều lượng phóng xạ tiêm cho người bệnh Do mối tương quan “chất lượng hình ảnh- liều lượng thuốc phóng xạ” nên hình ảnh y học hạt nhân nói chung và ảnh PET nói riêng có độ phân giải thấp

Hình 1.1: Ảnh chụp PET đơn thuần với các tổn thương (mũi tên) là những khối

tăng hấp thu phóng xạ nằm trong vùng phổi phải của bệnh nhân [5]

PET/CT: Kỹ thuật ghi hình PET cho ta thấy được sự chuyển hóa tế bào của

các mô, nhưng đôi khi lại rất khó để xác định chính xác được vị trí tổn thương đó nằm ở vùng nào trong cơ thể Vì vậy, các nhà sản xuất đã phát triển một hệ máy tích hợp, sao cho vừa thấy được các tổn thương của cơ quan, đồng thời xác định được tổn thương đó nằm ở đâu trong cùng một lần chụp, đó chính là máy ghi hình PET-

CT Về cơ bản PET/CT gồm 2 khối máy độc lập với nhau, máy ghi hình cắt lớp điện toán (CT) và máy ghi hình cắt lớp positron (PET) Ảnh CT trong ghi hình PET/CT có hai chức năng chính là: cung cấp hình ảnh cơ thể học để chồng ảnh và dùng làm cơ sỡ dữ liệu để hiệu chỉnh độ suy giảm của ảnh PET Chính sự kết hợp này đã làm cho chất lượng hình ảnh PET/CT được cải thiện rất nhiều so với chụp hình PET đơn thuần trước đây

Hình 1.2: Vị trí các mũi tên cho thấy trong hình (A) là ảnh CT cho thông tin về cấu

trúc của các cơ quan, ảnh này rất khó để nhận biết được vị trí của tổn thương; (B) là ảnh PET cung cấp hình ảnh chuyển hóa của tổn thương, trên hình là những nốt sáng bất thường và ảnh (C) là ảnh kết hợp PET/CT cung cấp cả hai loại thông tin cho ta biết rất rõ hình dạng và vị trí của tổn thương [5]

1.2 Lịch sử của máy ghi hình PET/CT trên thế giới và tình hình ở nước ta 1.2.1 Trên thế giới

Máy ghi hình cắt lớp positron đầu tiên trên thế giới được phát triển bởi nhà vật lý Brownell và bác sĩ Sweet Họ nghiên cứu phương pháp chụp xạ hình não bằng Arsenic-74 tại bệnh viện Massachusetts vào những năm đầu thập niên 1950 Khái niệm chụp hình tái tạo 3 chiều phát xạ (Emission) và truyền qua (Transmision) được giới thiệu vào cuối thập niên 1950 bởi David E Kuhl và Roy Edwards Đây được xem là tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo máy ghi hình PET sau này tại trường đại học Pensylvania Sau đó kỹ thuật này được phát triển thêm bởi Michel Ter-Pogossian, Michael E Phelps và các cộng sự tại trường đại học y khoa Washington, Hoa kỳ [37]

Hình 1.3: Máy ghi hình Positron MGH (PC-I) gồm 2 bảng đầu dò tinh thể nhấp

nháy NaI(TI), được xem là máy ghi hình cắt lớp phát xạ positron đầu tiên trên thế giới [60]

Vào thập niên 1970, Tatsuo Ido làm việc tại phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) lần đầu tiên mô tả thành công quá

trình tổng hợp thuốc phóng xạ 18F-FDG (Fluorine-18-2-Fluoro-2-DeoxyGlucose)

Tháng 8 năm 1976, Giáo sư Abass Alavi [51] đã tiêm thử nghiệm thuốc phóng

xạ trên cho hai người tình nguyện tại trường đại học Pennsylvania Và sau đó, phương pháp ghi hình cắt lớp positron (PET) được giới thiệu rộng rãi đến cộng đồng y tế như là một phương pháp ghi hình phóng xạ mới với độ an toàn cao và liều bức xạ thấp Tại thời điểm đó, PET được xem như là một phương pháp nghiên cứu mới, mở ra cánh cửa cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu và tìm hiểu quá trình chuyển hóa sinh học của các tổn thương trong cơ thể bệnh nhân

Giai đoạn từ 1970 đến những năm cuối thế kỷ 20, lần lượt các thế hệ máy PET

ra đời, khởi đầu là máy PET 2 mặt phằng đầu dò tinh thể NaI(TI) cho đến thiết kế hoàn chỉnh tối ưu hiện tại là máy PET với các khối đầu dò bố trí liên tục với nhau tạo thành một vòng tròn đầu dò khép kín

Hình 1.4: Các dòng máy ECAT của hãng Siemens qua các thời kỳ, từ 1975 đến

1995 Ảnh cho thấy độ phân giải của máy PET được cải thiện theo thời gian [12]

Máy ghi hình PET được ứng dụng nhiều trong chẩn đoán hình ảnh, nhất là trong lĩnh vực ung bướu, PET giúp chẩn đoán và theo dõi bệnh lý ung thư Tuy nhiên, thời gian này kỹ thuật ghi hình PET còn rất phức tạp, do đó phương pháp ghi hình PET trong thời gian này được ứng dụng chủ yếu tại các nước phát triển, nơi có nền y khoa tiến bộ

PET III

1975 ECAT

1977

NeuroECAT

1978 ECAT 931

1985

1995

Năm 1998 máy ghi hình kết hợp PET/CT đầu tiên được phát minh bởi Dr Ron Nutt và Dr David Townsend trong dự án hợp tác với trường đại học Pittsburgh Thiết bị này được tạp chí Time’s (Time’s Magazine) bình chọn là phát minh y khoa của năm 2000 Tiếp sau đó, năm 2001 một lần nữa được bình chọn là sản phẩm của năm [59]

Ngày nay, kỹ thuật ghi hình PET/CT được nhiều quốc gia sử dụng vì những

ưu điểm của nó trong việc chẩn đoán và theo dõi các bệnh lý ung thư, thần kinh và tim mạch Số liệu thống kê vào năm 2009 cho thấy, có khoảng 2000 máy PET/CT được lắp mới tại Mỹ, trong khi số máy tại Châu âu vào khoảng 350 máy [11]

Hình 1.5: (A) Nguyên mẫu đầu tiên của máy PET/CT tại đại học Pittsburgh, gồm:

máy CT và máy PET tách rời nhau, bàn điều khiển và thu nhận dữ liệu (B) Máy PET/CT tại Đại học Pittsburgh năm 1998 sau khi được lắp ráp thành một khối máy hoàn chỉnh (C) ảnh của một bệnh nhân có tổn thương ở vùng đầu-cổ (mũi tên) được ghi hình trên máy PET/CT năm 1999 [58]

1.2.2 Tại Việt Nam

Ở nước ta kỹ thuật ghi hình PET/CT được đưa vào ứng dụng lâm sàng chậm hơn so với các nước phát triển Cụ thể bệnh nhân PET/CT được ghi hình lần đầu của Việt Nam là ngày 04/03/2009 tại đơn vị PET/CT và Cyclotron - bệnh viện Chợ Rẫy Tính đến tháng 12/2012, cả nước có 6 máy PET/CT tập trung tại 02 thành phố lớn

là Hà Nội và Hồ Chí Minh Tại Hà Nội, các bệnh viện có trang bị máy ghi hình PET/CT là: bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Quân y 108 và bệnh viện Việt Đức và tại Thành phố Hồ Chí Minh là: bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện 115 và bệnh viện Quân y 175

Theo số liệu thống kê tại bệnh viện Chợ Rẫy từ 3/2009 đến 12/2012 đã có hơn

3000 bệnh nhân được ghi hình PET/CT, trong đó hầu hết là để chẩn đoán và theo dõi sau điều trị các bệnh lý ung thư

Hình 1.6: Máy ghi hình PET/CT, Biograph 64 True Point with True V, đang được

khai thác tại đơn vị PET-CT và Cyclotron – bệnh viện Chợ Rẫy Thiết bị này được lắp ráp từ đầu năm 2009 Tháng 03/2009 ghi hình ca PET/CT đầu tiên tại Việt Nam

và đến ngày 19/08/2013 đã thực hiện ca PET/CT thứ 4000 [5]

Trong luận văn này, số liệu dùng để tính toán được thực hiện trên máy ghi hình PET/CT tại bệnh viện Chợ Rẫy (hình 1.6) với các thông số kỹ thuật chính như trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Đặc điểm của máy PET/CT Biograph 64 True Point with TrueV [5]

gường)

Máy PET

Tinh thể đầu dò (PET detector) LSO Trường nhìn FOV theo trục ghi hình 21,6 cm

Phần mềm giảm liều chiếu Care Dose 4D

1.3 Nguyên lý ghi hình PET/CT

Để có được hình ảnh PET/CT bệnh nhân sẽ được ghi hình truyền qua CT và hình phát xạ PET riêng lẻ trong cùng một lần chụp Sau đó hệ thống máy tính sẽ xử lý, hiệu chỉnh dữ liệu, tái tạo và chồng ảnh thành ảnh PET/CT Như vậy, về nguyên tắc ghi hình trên máy PET/CT tồn tại hai nguyên lý hoàn toàn khác nhau, đó là nguyên

lý chụp hình CT và ghi hình PET

1.3.1 Nguyên lý chụp hình CT

suy giảm tuyến tính trung bình của các cơ quan tổ chức mô mà chùm tia X đi xuyên qua, và d là bề dày của bệnh nhân dọc theo chùm tia X đó Phần tia X sau khi bị suy giảm khi đi qua người bệnh nhân sẽ được ghi nhận lại nhờ hệ thống đầu dò bức xạ

(detector) đặt đối diện với đầu bóng phát tia X Bằng cách thu nhận dữ liệu suy giảm của chùm tia X ở nhiều góc khác nhau quanh bệnh nhân ta sẽ thu được một bộ

dữ liệu thô, gọi là sinogram Dữ liệu thô sau đó sẽ được xử lý để tạo ra hình ảnh CT nhờ các thuật toán tái tạo ảnh CT như phương pháp chiếu ngược có lọc FBP (Filtered BackProjection), hay phương pháp vòng lặp (Iterative reconstruction) Do hình ảnh CT được tạo ra nhờ ghi nhận chùm tia X đã suy giảm khi đi qua người bệnh nhân nên ảnh cắt lớp vi tính còn được gọi là ảnh truyền qua (Transmission image)

Hình 1.7: Sơ đồ minh họa cấu tạo máy ghi hình CT Bóng phát tia X và khối đầu dò

quay quanh bệnh nhân để tạo hình cắt lớp 3 chiều

1.3.2 Nguyên lý ghi hình PET

Để ghi hình PET, bệnh nhân tùy theo cân nặng sẽ được tiêm một lượng nhỏ thuốc phóng xạ hạt nhân giàu proton qua đường tiêm tĩnh mạch Vì là những hạt nhân giàu proton không bền nên trong quá trình phân rã một proton của hạt nhân sẽ

) và một neutrino, như phương trình phân rã sau:

1p 0n   1 

Positron là một phản hạt của electron, mang điện tích dương Khi đi vào cơ thể chúng sẽ mất dần năng lượng do va chạm với nguyên tử của môi trường vật chất xung quanh và cuối cùng có năng lượng cân bằng với năng lượng môi trường

Quãng chạy của positron từ lúc được tạo ra đến khi trở về trạng thái cân bằng với năng lượng trong mô cơ thể người chỉ cỡ vài mm tuỳ vào mức năng lượng được tạo

ra ban đầu như trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Quãng chạy của một số nhân phóng xạ được phát ra từ một số nhân

trong ghi hình PET [38]

Nhân phóng

xạ

Năng lượng cực đại (MeV)

Năng lượng trung bình (MeV)

Quãng chạy trong nước

giây rồi sau đó xảy ra hiện tượng hủy cặp (positron – electron annihilation) Quá trình hủy cặp positron-electron sẽ đồng

lượng đúng bằng năng lượng nghỉ của positron/electron là 511 keV do định luật bảo toàn năng lượng toàn phần và định luật bảo toàn động lượng

Hình 1.8: Sơ đồ minh họa quá trình phân rã +

cặp positron/electron để hình thành 2 tia gamma 511 keV

Các tia photon hủy cặp hay còn gọi là gamma () hủy cặp sau đó sẽ tương tác với cơ quan, tổ chức mô cơ thể của bệnh nhân và thoát ra ngoài Bằng cách đặt rất nhiều đầu dò PET bao quanh bệnh nhân (hình 1.9) ta sẽ ghi nhận được các tia

PET ghi nhận được gọi là bộ dữ liệu sinogram, tức bộ dữ liệu thô Sau đó bộ dữ liệu thô này sẽ trải qua nhiều công đoạn xử lý, hiệu chỉnh như: hiệu chỉnh ngẫu nhiên, tán xạ, suy giảm, thời gian chết, chuẩn hóa để trở thành bộ dữ liệu sinogam tinh sẵn sàng cho việc tái tạo ảnh PET nhờ các thuật toán tái tạo toán học như phương pháp hình chiếu ngược có lọc (Filter Back Projection) hoặc phương pháp tái tạo vòng lặp (Iterative Reconstruction)

Hình 1.9: Sơ đồ minh họa cơ chế phân rã các nhân phát xạ positron và cách bố trí

các đầu dò PET thành vòng tròn khép kín để ghi nhận các tia gamma hủy cặp

thoát ra từ bệnh nhân theo cơ chế ghi nhận trùng phùng [45]

1.4 Cấu tạo máy PET/CT

Máy ghi hình PET/CT gồm có 2 khoang máy chính là khoang máy CT và khoang

máy PET

1.4.1 Khoang máy CT

Khoang máy CT tích hợp trong hệ thống máy PET/CT có nguyên tắc cấu tạo giống như tất cả các dòng máy CT thường qui đang sử dụng ở các khoa chẩn đoán hình ảnh trên cả nước Khi không dùng để chụp hình PET/CT nó có thể được dùng như

là một máy CT độc lập, do vậy tuỳ theo nhu cầu của cơ sở sử dụng mà máy CT trong hệ thống PET/CT có thể là máy CT đơn lát cắt (single slice) hay đa lát cắt (multi slice) Trong thực tế máy PET/CT còn được sử dụng để ghi hình cho các bệnh nhân chụp ảnh CT mô phỏng xạ trị, do vậy đường kính của khoang máy CT sẽ

có thiết kế lớn hơn các máy CT chụp ảnh chẩn đoán thông thường (hình 1.10)

Hình 1.10: Máy ghi hình PET/CT của hãng Philips với đường kính khoang máy

rộng 80 cm thích hợp cho việc ghi hình PET/CT mô phỏng xạ trị

1.4.2 Khoang máy PET

Trái tim của khoang máy PET là các khối đầu dò nhấp nháy Về cơ bản có hai loại đầu dò phổ biến là đầu dò có thiết kế rời rạc và đầu dò liên tục Một số hệ thống PET có dạng hình học là các khối đầu dò được sắp xếp thành vòng cố định hay loại đầu dò nhiều cạnh hoạt động với chế độ đa trùng phùng, tức có thể thu thập dữ liệu

từ tất cả các gốc hình chiếu một cách đồng thời Một số khác thì chỉ có các dãy đầu

dò đối xứng do đó để thu thập được hình ảnh cắt lớp 3 chiều thì chúng phải quay quanh trục bệnh nhân như minh họa trong hình 1.11 Ngày nay, hầu hết các máy PET đều có thiết kế kiểu đầu dò bố trí liên tục thành vòng tròn như ảnh (A) trong hình 1.11

Đường kính khoang máy PET thường từ 70 – 80 cm tuỳ hãng sản xuất Kích thước này đủ để tạo một không gian thoải mái cho người bệnh kể cả bệnh nhân chụp hình PET/CT mô phỏng xạ trị Kích thước theo trường nhìn FOV (Field of View) dao động từ 15-40 cm, kích thước này càng lớn thì thời gian ghi hình cho

Hình 1.11: Bố trí hình học của đầu dò PET, các thiết kế A, C, E, F là loại đầu dò

liên tục cho phép ghi hình cắt lớp 3 chiều mà không cần di chuyển quanh trục bệnh nhân Trong khi các thiết kế B, D là loại đầu dò rời rạc do vậy để ghi hình 3 chiều thì các khối đầu dò phải quay quanh trục bệnh nhân [44]

bệnh nhân càng nhanh tuy nhiên chi phí máy PET sẽ tăng lên đáng kể vì phải tăng

số lượng đầu dò PET Ví dụ máy ghi hình PET/CT Biograph 64 True Point w TrueV của hãng Siemens có đường kính thân máy là 70 cm, và trường nhìn theo trục ghi hình của bệnh nhân (FOV) là 21,6 cm

Đầu dò của máy ghi hình PET (PET detector) thường là loại đầu dò sử dụng tinh thể nhấp nháy rắn, khi tia gamma hủy cặp thoát ra khỏi cơ thể bệnh nhân sẽ đập vào tinh thể nhấp nháy, tại đây chúng sẽ bị hấp thụ năng lượng và đưa các electron của tinh thể nhấp nháy nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, quá trình khử kích thích của electron về trạng thái cân bằng sẽ phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng nhấp nháy hay còn gọi là quang photon (light photon), số lượng photon tạo ra từ quá trình tương tác này tỷ lệ với năng lượng mà tia gamma hủy cặp bị hấp thụ trong tinh thể nhấp nháy Các quang photon sau đó tiếp tục đập vào lớp quang phát xạ (photoemisive) hay còn gọi là photocathode của ống nhân quang PMT (photomultiplier tube) và sinh ra electron gọi là quang electron (photoelectron) Các electron này tiếp tục được nhân lên nhiều lần bởi dinod của ống nhân quang để hình thành tín hiệu điện đủ lớn phục vụ cho việc xử lý và tái tạo ảnh Trong hình 1.12, là ảnh minh họa cách bố trí các dãy đầu dò PET theo mô hình và trong thực tế

Hình 1.12: (A) ảnh đồ hoạ bố trí hình học các đầu dò PET quanh bệnh nhân (B)

hình ảnh các đầu dò PET trong thực tế của máy Biograph 64 True Point, gồm 4 dãy đầu dò bố trí thành vòng tròn liên tục tạo thành trường nhìn FOV theo trục ghi hình của bệnh nhân là 21,6 cm [5]

Nhiệm vụ của các đầu dò PET (PET detector) là biến đổi bức xạ tới thành tín hiệu điện Tín hiệu điện tử này sẽ mang ba thông tin quan trọng là năng lượng mà photon tới bị hấp thụ bởi đầu dò, vị trí mà chúng để lại trên đầu dò và thời điểm mà chúng đập vào đầu dò Đây là những thông tin cực kỳ quan trọng để xử lý thành ảnh PET về sau Chất lượng của ảnh PET có tốt hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn vật liệu làm đầu dò PET Một đầu dò PET lý tưởng phải thoả các tiêu chí sau [45]:

- Có năng suất hãm cao đối với photon 511 keV

- Có độ phân giải không gian cao (tức có khả năng xác định vị trí của gamma tương tác trong khoảng không gian nhỏ)

- Có độ phân giải năng lượng tốt để loại bỏ các tia tán xạ

- Có độ phân giải thời gian cao và

- Không quá đắt để sản xuất số lượng lớn

Bảng 1.3: Tính chất của một số chất nhấp nháy dùng trong thiết kế đầu dò PET

Đặc trƣng

Giá trị mong đợi

NaI BGO GSO LSO

Mật độ (g.cm-3

) Thể hiện hiệu suất ghi

nhận của đầu dò Cao 3,67 7,13 6,7 7,4

Số nguyên tử số hiệu

Thời gian chết (ns) Khả năng loại bỏ sự

kiện ngẫu nhiên Thấp 230 300 65 40 Hiệu suất ánh sáng

tương đối (%)

Tác động lên độ phân giải không gian và năng lượng

Độ phân giải năng

lượng (%)

Khả năng loại bỏ sự kiện tán xạ Thấp 7,8 10,1 9,5 10,0 Nhạy với độ ẩm Dễ chế tạo, tăng sự tin

cậy và chi phí bảo trì thấp

Trong thực tế, có rất nhiều vật liệu tinh thể nhấp nháy được ứng dụng trong chế tạo đầu dò PET, mỗi vật liệu đều có những ưu và nhược điểm riêng (bảng 1.3) Từ

bảng 1.3 cho thấy, tinh thể NaI có hiệu suất biến đổi ánh sáng rất tốt (100%) tuy nhiên NaI lại có thời gian chết khá dài (230 ns) Tuy nhiên, các loại tinh thể nhấp nháy được dùng phổ biến nhất hiện nay cho dòng máy PET trên thị trường là LSO (Lutetium Oxyorthosilicate), BGO (Bismuth Germanium Oxide) và GSO (Gadolinium OxyorthoSilicate) Ví dụ, máy PET của hãng Siemens sử dụng LSO, trong khi BGO được sử dụng bởi hãng GE (General Electric), và BGO dùng trong các dòng máy PET của hãng Philips

1.5 Thuốc phóng xạ 18 F-FDG

1.5.1 Khái niệm về thuốc phóng xạ

Theo luật dược của “QUỐC HỘI NƯỚC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM SỐ 34/2005/QH11 NGÀY 14 THÁNG 6 NĂM 2005” định nghĩa về thuốc và thuốc phóng xạ như sau

“Thuốc là chất hoặc hỗn hợp các chất dùng cho người nhằm mục đích phòng bệnh, chữa bệnh, chẩn đoán bệnh hoặc điều chỉnh chức năng sinh lý cơ thể bao gồm thuốc thành phẩm, nguyên liệu làm thuốc, vắc xin, sinh phẩm y tế, trừ thực phẩm chức năng”

“Thuốc phóng xạ là thuốc có chứa một hoặc nhiều chất phóng xạ, dùng để chẩn đoán hay điều trị bệnh”

1.5.2 Sản xuất thuốc phóng xạ

Theo định nghĩa của luật dược Việt Nam thì ta thấy rằng, thành phần chính của thuốc phóng xạ là các chất phóng xạ Vậy các chất phóng xạ nói riêng và thuốc phóng xạ trong ghi hình PET, PET/CT được sản xuất như thế nào

chung thành phần chính của chất phóng xạ là các đồng vị phóng xạ hay còn gọi là nhân phóng xạ

Có nhiều phương tiện để sản xuất đồng vị phóng xạ dùng trong ghi hình y học hạt nhân và PET/CT như máy gia tốc thẳng (Linac), máy gia tốc vòng (Cyclotron)

hay lò phản ứng hạt nhân (nuclear reactor) Tuy nhiên, phổ biến và tiện lợi nhất hiện nay là máy Cyclotron, sử dụng kỹ thuật gia tốc chùm ion âm Ưu điểm của các máy Cyclotron là chúng cho hiệu suất sản xuất đồng vị cao, chùm tia hội tụ tốt và phông bức xạ tàn dư thấp Ở nước ta hiện nay có 3 trung tâm y khoa có trang bị máy Cyclotron đó là, bệnh viện quân y 108 (Hà Nội), bệnh viện Việt Đức/Viện kỹ thuật hạt nhân (Hà Nội) và bệnh viện Chợ Rẫy (TPHCM) Với công suất của mỗi máy đều rất lớn, ngoài việc đáp ứng phục vụ nhu cầu sử dụng tại chỗ còn có khả năng cung cấp đồng vị phóng xạ cho từ 3 đến 5 trung tâm PET/CT khác trong cùng thành phố

Bảng 1.4: Đặc trưng vật lý của một số đồng vị phóng xạ phổ biến trong ghi hình

PET/CT [36]

Nhân phóng xạ

Thời gian bán rã vật lý (T 1/2 phút)

Kiểu phân rã (%)

Phản ứng hạt nhân

Năng lƣợng trung bình (MeV)

18

) 11

C 20,4 99,77 14N(p,)11C 0,3856 (+

) 13

) 15

) 68

Ga 68,3 87,7 68Zn(p,n)68Ga 0,836 (+

) 64

Cu 768 17,78 64Ni(p,n)64Cu 0,2781 (+

) 86

) 124

tốc còn dùng hạt deuteron để tạo phản ứng hạt nhân như máy Cyclone 30 MeV của hãng IBA Bảng 1.4 liệt kê một số phản ứng hạt nhân phổ biến để sản xuất các đồng

vị phóng xạ dùng trong ghi hình PET/CT và hình ảnh máy Cyclotron trong thực tế được minh họa trong hình 1.13

Hình 1.13: (A) máy Cyclotron – Eclipse HP 11 MeV tại bệnh viện Chợ Rẫy và (B)

máy Cyclotron – Cyclone 30 MeV tại bệnh viện Quân y 108 Hà Nội

1.5.3 Thuốc phóng xạ 18 F-FDG

Có rất nhiều loại thuốc phóng xạ được chỉ định dùng trong ghi hình PET/CT Tuỳ theo nhu cầu cần phân tích loại chuyển hóa tế bào nào của tế bào như, chuyển hóa glucose, chuyển hóa protein, chuyển hóa lipid, mà ta sẽ lựa chọn loại thuốc phóng

xạ phù hợp để thực hiện ghi hình PET/CT Trong rất nhiều thuốc phóng xạ liệt kê

tại hầu hết các trung tâm ghi hình PET/CT trên thế giới, còn các loại thuốc phóng xạ khác chủ yếu được dùng trong nghiên cứu

Bảng 1.5: Ứng dụng của một số thuốc phóng xạ trong ghi hình PET/CT [36]

Nhân

phóng xạ Thuốc phóng xạ Ứng dụng

18

F

( 18 F)FDG Chuyển hóa Glucose

(18F)FMISO Tình trạng giảm Oxy của mô (18F)FLT DNA proliferation

(18F)FDOPA Tổng hợp protein và vận chuyển amino acid

N

(13N)NH3 Tưới máu cơ tim và não

(13N)N2 Tưới máu phổi

11

C

Theo số liệu thống kê tại Đơn vị PET/CT và Cyclotron – bệnh viện Chợ Rẫy cho thấy, qua 3 năm đi vào hoạt động đã có hơn 3000 ca ghi hình PET/CT bằng

đường tĩnh mạch vào người bệnh nhân để ghi hình PET/CT Thuốc FDG được tổng hợp vào những năm đầu thập niên 70 bởi giáo sư Tatsuo Ido và Al Wolf tại phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) Và được tiêm lần đầu trên cơ thể người là hai tình nguyện viên vào tháng 8 năm 1976 bởi giáo sư Abass Alavi [51] và cộng sự tại trường đại học Pennylvania (University of Pennsylvania) Các hình ảnh ghi hình PET sau đó cho thấy chất này được não hấp thu mạnh

1.5.4 Cơ chế hấp thu và phân rã thuốc phóng xạ 18 F-FDG

18

F-FDG là một chất tương tự Glucose, được hấp thu bởi các thế bào sử dụng nhiều Glucose như não, thận, và các tế bào ung thư Cơ chế của quá hấp thu và chuyển hóa FDG trong cơ thể là như sau:

Khi FDG được tiêm vào cơ thể thì chúng sẽ được hấp thụ bởi các tế bào thông qua các hoạt động chuyển hóa nhờ các chất vận chuyển glucose của màng tế bào gọi

là “Glut” Tại đây sẽ xảy ra quá trình “phosphoryl” hóa để hình thành Phosphate và FDG không thể chuyển hóa xâu hơn nữa để trở thành các dạng năng lượng cần thiết cho tế bào nên bị bắt lại bên trong tế bào Quá trình chuyển hóa này khác với sự chuyển hóa của Glucose thông thường như minh họa trong hình 1.14

FDG-6-Hình 1.14: Quá trình chuyển hóa của thuốc FDG và Glucose trong tế bào

Trong cơ thể người, tất cả các tế bào đều cần năng lượng để hoạt động, cụ thể trong trường hợp này là glucose Với tế bào ung thư thì sự tăng sinh của tế bào cao hơn so với các tế bào bình thường, nên tế bào ung thư sẽ hấp thu nhiều thuốc FDG hơn, điều đó có nghĩa là lượng phóng xạ tập trung ở tế bào ung thư nhiều hơn và sẽ phát ra nhiều tín hiệu bức xạ gamma hũy cặp hơn Do đó trên hình ảnh PET/CT ta thấy ở vị trí của các tế bào ung thư thì hình ảnh sẽ sáng hơn và giá trị phân tích bán định lượng SUV sẽ cao hơn như minh họa trong hình 1.15

aaa

Hình 1.15: Hình ảnh lát cắt ngang vùng ngực của bệnh nhân Vòng tròn “ROI”

Quá trình phân rã của thuốc phóng xạ FDG trong cơ thể chính là quá trình

F-FDG sẽ trở thành phân tử glucose-6-phosphate không phóng xạ với

glucose-6-phosphate (hình 1.16) và làm cho quá trình chuyển hóa Glucose trong tế bào trở lại bình thường như ở chất Glucose thông thường

20% lượng thuốc phóng xạ FDG sẽ bị đào thải qua đường tiết niệu 2 giờ sau khi tiêm với thời gian bán rã hiệu dụng rất nhanh là 16 phút [50]

Ngày nay, FDG là thuốc phóng xạ chủ lực trong ghi hình PET/CT vì nó có hiệu quả trong ghi hình chẩn đoán rất nhiều bệnh lý ung thư, giúp phân lập giai đoạn ung thư, theo dõi đáp ứng điều trị xạ trị/hoá trị của bệnh nhân ung thư Tuy nhiên, khi tiêm FDG vào cơ thể bệnh nhân để ghi hình PET/CT thì thuốc phóng xạ

sẽ gây ra một liều bức xạ nhất định lên các cơ quan, tổ chức mô trong cơ thể của người bệnh, liều bức xạ trong trường hợp này được gọi là liều chiếu trong Việc tính toán liều chiếu trong sẽ được trình bày cụ thể trong các chương tiếp theo

CHƯƠNG 2 LIỀU CHIẾU TRONG VÀ PHƯƠNG PHÁP MIRD

Chương này trình bày các khái niệm về liều lượng bức xạ gồm: liều chiếu ngoài, liều chiếu trong, liều hấp thụ, liều tương đương, liều hiệu dụng và phương pháp MIRD để tính liều chiếu trong cho bệnh nhân ghi hình PET/CT

Kỹ thuật ghi hình PET/CT là một kỹ thuật kết hợp giữa chụp hình PET dùng đồng vị phóng xạ và kỹ thuật chụp CT dùng bức xạ tia X phát ra từ đầu bóng tia X

Do vậy, bệnh nhân khi ghi hình PET/CT sẽ phải nhận một liều bức xạ từ 2 nguồn đóng góp là: liều chiếu trong do bức xạ tia gamma hủy cặp từ thuốc phóng xạ FDG được tiêm vào cơ thể qua đường tĩnh mạch và liều chiếu ngoài gây ra do bức xạ tia

X từ đầu bóng phát tia X của máy CT scan

Luận văn này chỉ tập trung vào việc tính liều chiếu trong bằng phương pháp MIRD, còn liều chiếu ngoài sẽ được khái lược về lý thuyết còn kết quả sẽ được trích dẫn từ một nghiên cứu khác của chính tác giả đã thực hiện nghiên cứu trước đó năm 2011 [1]

2.1 Khái niệm về liều lượng bức xạ trong ghi hình PET/CT

2.1.1 Liều chiếu ngoài

Theo nghị định của chính phủ số 50/1998/NĐ-CP thì liều chiếu ngoài (external exposure) được định nghĩa là liều bức xạ do bị chiếu xạ bởi các nguồn bức xạ ở bên ngoài cơ thể Trong ghi hình PET/CT thì liều bức xạ do tia X phát ra từ đầu bóng tia

X của máy CT sẽ gây ra một liều chiếu ngoài nhất định cho người bệnh

2.1.2 Liều chiếu trong

Theo nghị định của chính phủ số 50/1998/NĐ-CP thì liều chiếu trong (internal exposure) được định nghĩa là liều bức xạ do bị chiếu xạ bằng các chất phóng xạ xâm nhập vào bên trong cơ thể Như vậy, trong trường hợp ghi hình PET/CT thì liều bức xạ do tia gamma hủy cặp 511 keV phát ra từ các thuốc phóng xạ đã tiêm vào cơ thể người bệnh qua đường tĩnh mạch hoặc hô hấp gọi là liều chiếu trong