Ứng dụng máy petct trong chuẩn đoán hình ảnh tiên tiến

Một trong những ứng dụng vào y tế đó là hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh ngày càng được hiện đại hóa.. Với những ứng dụng thiết thực của hệ thống máy PET-CT học viên đã chọn đề tài “

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là: Trần Thị Thu

Là học viên lớp cao học Kỹ Thuật Y sinh 2017A - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Xin cam đoan nội dung đề tài “Ứng dụng máy PET-CT trong chẩn đoán hình ảnh

tiên tiến” là do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của

giảng viên TS Nguyễn Thái Hà Mọi tài liệu tham khảo mà tôi sử dụng đều ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, tháng 04 năm 2019

Học viên

Trần Thị Thu

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành cuốn luận văn này, trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến TS Nguyễn Thái Hà đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn

Tôi chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo Viện Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp thuộc Khoa Dược, Trường Đại học Phenikaa

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người thân của tôi đã quan tâm động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Với khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi xin kính mong được sự chỉ dẫn và đóng góp của các chuyên gia, các Thầy Cô để đề tài này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 04 năm 2019

Trần Thị Thu

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

ĐẶT VẤN ĐỀ 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Tổng quan về ứng dụng của PET-CT trong nước và nước ngoài 7

3 Tính cấp thiết của đề tài 9

4 Mục tiêu của đề tài 10

5 Dự kiến kết quả đạt được 10

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÁY CT 11

1.1 Giới thiệu về máy CT 11

1.1.1 Khái niệm 11

1.1.2 Quá trình phát triển kỹ thuật chụp CT 11

1.1.3 So sánh CT và X- quang thường quy 17

1.2 Nguyên lý hoạt động 18

1.2.1 Cấu tạo hệ thống máy CT 18

1.2.1 Nguyên lý hoạt động 22

1.3 Ưu nhược điểm ứng dụng và hướng phát triển của CT 23

1.3.1 Ưu nhược điểm 23

1.3.2 Ứng dụng và hướng phát triển 24

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY PET 25

2.1 Tìm hiểu về máy PET 25

2.1.1 Giới thiệu về máy PET 25

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 25

2.1.3 Sản xuất nguồn điều trị phóng xạ phát positron 26

2.1.4 Phản ứng hủy cặp Error! Bookmark not defined. 2.1.5 Các tương tác của tia gamma do Phản ứng hủy cặp trong cơ thể 31 2.1.6 Quá trình ghi nhận photon bằng detector Error! Bookmark not defined.

2.1.7 Thu dữ liệu và cấu hình hệ thống PET 44

2.1.8 Các loại sự kiện 48

2.2 Ưu nhược điểm, ứng dụng và hướng phát triển 53

2.2.3 Ưu nhược điểm 53

2.2.4 Ứng dụng và hướng phát triển 54

2.2.5 Kết luận 56

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ MÁY PET-CT 57

3.1 Giới thiệu chung về máy PET-CT 57

3.1.1 Khái niệm 57

3.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của máy PET-CT 57

3.2 Nguyên lý và cấu tạo của hệ thống máy PET-CT 58

3.2.1 Nguyên lý hoạt động của PET-CT 58

3.2.2 Cấu tạo hệ thống máy PET-CT 59

3.3 Hợp nhất ảnh PET và ảnh CT 61

3.4 Dựa và CT để hiệu chỉnh sự suy giảm 64

3.5 Ứng dụng của PET-CT đối với việc hộ trợ chẩn đoán các loại ung thư 66

3.6 Ưu, nhược điểm của hình ảnh PET-CT trong chẩn đoán và điều trị 68

3.6.1 Ưu điểm 68

3.6.2 Nhược điểm 69

3.7 Kết luận 69

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA PET-CT TRONG UNG THU THỰC QUẢN 70

4.1 Ung thư thực quản 70

4.1.1 Khái niệm 70

4.1.2 Tình hình ung thư thực quản trên thế giới 71

4.1.3 Tình hình ung thư thực quản tại Việt Nam 72

4.1.4 Nguyên nhân dẫn chính dẫn đến ung thư thực quản 72

4.1.5 Triệu chứng của ung thư thực quản 73

4.1.6 Các giai đoạn của ung thư thực quản 73

4.2 Ứng dụng của ảnh PET-CT trong ung thư thực quản 79

4.2.1 Chẩn đoán ung thư tiên phát và hạch vùng sử dụng PET-CT 79

4.2.2 Xác định vị trí các tổn thương di căn phát hiện bằng PET-CT 81

4.2.3 Mô phỏng bằng hình ảnh PET-CT trong lập kế hoạch xạ trị 92

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

Multislice Computed Tomography Magnetic Resonance Imaging Intensity-modulated radiotherapy Bismuth Germanate

Gadolinium oxyorthosilicate Lutetium oxyorthosilicate Line Of Response

Flour-Deoxy-Glucose PhotoMultiplier Avalanche PhotoDiode Pulse Height Analyzer Full Width at Half Maximum Houns filed Units

Esophageal Cancer (ung thư thực quản) Standardized Uptake Value (giá trị bắt độ chuẩn hóa hay tỷ số mức độ tập chung FDG)

Giải phẫu bệnh Uninterruptible Power Supply

Adenocarcinomas (ung thư biểu mô tế bào tuyến) Squamous cell carcinomas (ung thư biểu mô tế bào vẩy)

TNM

T3N0M0

T3N0M1

Trong đó, T viết tắt cho Tumor – khối u nguyên phát N

là Node – Hạch bạch huyết và M là Metastase – Di căn

Kích thước khối u lớn, chưa có hạch bạch huyết, chưa di căn Kích thước khối u lớn, chưa có hạch bạch huyết, đã di căn

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Máy chụp cắt lớp vi tính (CT) 11

Hình 1.2: Máy cắt lớp EMI 13

Hình 1.3: Máy CT thế hệ 2 14

Hình 1.1: Máy CT thế hệ 3 14

Hình 1.5: Máy CT thế hệ 4 15

Hình 1.6: Máy CT thế hệ 5 15

Hình 1.7: Máy CT thế hệ 6 16

Hình 1.8: Máy CT thế hệ 7 17

Hình 1.9: Cấu tạo hệ thống máy CT 18

Hình 1.10: Cấu trúc của dàn quay máy CT 19

Hình 1.11: Giường bệnh nhân (PETIENT COUCH) 20

Hình 1.12: Hệ thống máy tính của máy CT 21

Hình 1.14: So sánh ảnh chụp X- quang và ảnh chụp CT 23

Hình 2.1: Máy PET 25

Hình 2.2: Phản ứng hủy cặp 28

Hình 2.3: Cặp photon thu được tại đầu dò xác định vị trí phát xạ 29

Hình 2.4: Lỗi do positron di chuyển trước khi xảy ra phản ứng hủy xảy ra 30

Hình 2.5: Lỗi không thẳng hàng 31

Hình 2.6: Hiệu ứng quang điện 31

Hình 2.7: Tương tác tán xạ Compton 32

Hình 2.8: Tinh thể nhấp nháy chuyển đổi photon thành dòng điện 34

Hình 2.9: Cấu tạo ống nhân quang (PMT) 36

Hình 2.10: Diot quang silic 38

Hình 2.11: Khối đầu dò dùng trong PET 39

Hình 2.12: Hình ảnh thu được tự chiếu xạ thác lũ bề mặt phía trước của một khối đầu dò với photon 511 keV 40

Hình 2.13: Khối đầu dò chuẩn và khối đầu dò chia góc phần tư 41

Hình 2.14: Ảnh của một khu vực rộng NaI (Tl) phát hiện được thiết kế 43

cho các ứng dụng PET 43

Hình 2.15: Sơ đồ mặt cắt ngang qua một gamma camera đầu dò liên tục thiết kế

photon hủy 511 keV 43

Hình 2.16: Bộ đếm sự kiện trùng hợp 45

Hình 2.17: Sơ đồ của bốn cấu hình máy quét PET chung 47

Hình 2.18: Các sự kiện trùng hợp có thể xảy ra 49

Hình 2.19: A khối đầu dò không liên tục B khối đầu dò liên tục 52

Hình 2.20: Hình ảnh PET trong bệnh nhân bị Alzheimer 55

Hình 2.21: Bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim trước vách 55

Hình 3.1: Máy PET-CT của Siemens 58

Hình 3.2: Cấu tạo hệ thống PET-CT 59

Hình 3.3: Hợp nhất ảnh PET và CT 63

Hình 3.4: Máy PET - MRI (nguồn Siemens Helthcare) 63

Hình 3.5: Hàm tỷ lệ song tuyến tính được sử dụng để chuyển đổi số CT thành giá trị suy hao tuyến tính tại 511 keV 65

Hình 3.1: Hình ảnh mô phỏng vị trí ung thư thực quản 70

Hình 3.2: Hình ảnh FDG PET / CT cho thấy sự hấp thu tăng lên ở thực quản xa và hạch bạch huyết trong trường hợp ung thư thực quản 80

Hình 3.3: Hình ảnh FDG PET / CT cho thấy khối u nguyên phát thành thực quản đã lan ra quanh phúc mạc và khối u đã di căn ra các vị trí khác 82

Hình 3.4: Hình ảnh PET-CT Ung thư thực quản 1/3 dưới và các tổn thương di căn đa ổ tăng hấp thự 18FDG 83

Hình 3.5: Hình ảnh chẩn đoán giai đoạn ung thư thực quản 86

Hình 4.6: Ảnh PET-CT trước và sau điều trị 87

Hình 4.7: Ảnh mặt cắt ngang của ảnh PET- CT, u thực quản tái phát và di căn vào cột sống 92

Hình 4.8: Kết quả của việc điều trị khối u thực quản bằng phương pháp IMRT 93

dựa vào ảnh PET/CT 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Số lượng máy PET và PET-CT trên thế giới (tính đến 2016) 8

Bảng 3.1: Bảng một số dược chất phóng xạ 26

Bảng 3.2 : Đặc tính của vật liệu tinh thể nhấp nháy sử dụng cho phát hiện tia gamma tại 511 keV 35

Bảng 4.1: Số liệu thống kê tỷ lệ mắc ung thư tại một nước và khu vực trên 72

thế giới năm 2018 72

Bảng 4.2: Bảng mô tả giai đoạn của ung thư biểu mô tế bào vảy 74

Bảng 4.3: Vị trí của ung thư trong thực quản không ảnh hưởng đến giai đoạn ung thư biểu mô tế bào tuyến 77

Bảng 4.4: Tỷ lệ phù hợp giữa tổn thương trên PET-CT với kết quả 81

giải phẫu bệnh 81

Bảng 4.5: Giá trị của SUV theo vị trí tổn thương 81

Bảng 4.6: Vị trí các tổn thương di căn phát hiện bằng PET-CT 83

Bảng 4.7: Giá trị SUV theo kích thước của u nguyên phát 84

Bảng 4.8: Giá trị SUV theo kích thước hạch di căn 84

Bảng 4.9: Phân loại giai đoạn trước khi chụp PET-CT 85

Bảng 4.10: Phân loại giai đoạn sau khi chụp PET-CT 85

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay với sự phát triển của nền kinh tế, trình độ nhận thức của con người được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ ngày càng được quan tâm hơn Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe con người luôn được đầu tư và quan tâm một cách thích đáng Một trong những ứng dụng vào y tế đó là

hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh ngày càng được hiện đại hóa

Hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh đang dần được trang bị cho các bệnh viện nhằm phục vụ nhu cầu khám và chữa bệnh Các thiết bị này ngày càng hoàn thiện về tính năng và sự tiện dụng Một trong những thiết bị đó là máy PET-CT Đây có thể coi là một trong những thiết bị mới và hiện đại nhất trong hệ thống thiết

bị chẩn đoán hình ảnh ở nước ta Với máy PET-CT thì hình ảnh thu được cho kết quả tốt nhất về hình ảnh giải phẫu kết hợp với hình ảnh chức năng chuyển hóa trong cơ thể giúp cho bác sỹ đễ dàng chẩn đoán hơn Với những ứng dụng thiết

thực của hệ thống máy PET-CT học viên đã chọn đề tài “Ứng dụng máy PET-CT

trong chẩn đoán hình ảnh tiên tiến ”

Ảnh y học là kỹ thuật và quá trình được sử dụng để tái tạo ra hình ảnh cơ thể con người hoặc bộ phận cơ thể Ảnh y học thường chụp các bộ phận bên trong cơ thể người bằng các thiết bị chuyên dụng như máy X - Quang, máy chụp CT, máy quét PET, với máy CT chỉ cho ta được hình ảnh giải phẫu của các cơ quan trong cơ thể còn máy quét PET cho ta hình ảnh chức năng Và hiện nay khi ứng dụng máy PET-CT trong chẩn đoán hình ảnh ta thu được hình ảnh kết hợp giữa hình ảnh giải phẫu và hình ảnh chức năng

Trong hệ thống máy PET-CT công đoạn tái tạo ảnh từ những dữ liệu của máy tính đóng một vai trò rất quan trọng Như ta đã biết mục tiêu của các thiết bị chẩn đoán hình ảnh là đưa ra hình ảnh của những vùng cần thăm khám để từ đó có thể đưa

ra những kết luận về bệnh lý Như vậy hình ảnh giải phẫu rõ nét và đóng vai trò như một khuôn mẫu định dạng các tổ chức giải phẫu chính xác ở vị trí cần nghiên cứu và

cần chẩn đoán, hình ảnh chức năng khi đó các tổn thưởng được phát hiện và có độ nhạy cao đặc biệt trong phát hiện ung thư Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các thế hệ máy PET-CT mới ra đời đã cải tiến được những hạn chế như về tốc độ quét và tái tạo ảnh lớn hơn, độ phân giải của ảnh tốt hơn Thời gian quét ngắn, giảm được những nhiễu do những nhu động của cơ thể như thở, cử động Điều này

sẽ giúp cho chúng ta có được hình ảnh tốt hơn và đặc biệt là giảm được liều lượng tia đối với bệnh nhân

Trong hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh thì máy PET-CT là một trong những thiết bị mới và hiện đại, với vai trò quan trọng như vậy việc tìm hiểu về máy PET-CT là rất quan trọng Khi viết báo cáo này học viên đã cố gắng để hoàn thành

để đạt được những mục tiêu và định hướng nghiên cứu đề ra ban đầu, song điều kiện thời gian và năng lực còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận được sự góp ý của thầy cô để luận văn của học viên được hoàn chỉnh hơn

2 Tổng quan về ứng dụng của PET-CT trong nước và nước ngoài

- Tình hình và nhu cầu sử dụng PET-CT trên thế giới hiện nay

Kỹ thuật khác như SPECT và SPET-CT vẫn rất hữu ích ở các bệnh viên đa khoa các tuyến dưới, nhỏ và đặc biệt ở các nước kinh tế chưa và đang phát triển Với việc duy trì các kỹ thuật SPECT và SPET-CT cho chẩn đoán một số bệnh tại một số các cơ sở y tế, thì tất cả các nước đều phát triển mạnh kỹ thuật PET-CT cả về số lượng lẫn chất lượng ở các trung tâm kỹ thuật cao và chuyên khoa sâu PET-CT là kỹ thuật hiện đại, tiên tiến giúp ích rất nhiều trong ung thư, tim mạch, thần kinh và nhiều bệnh khác Vì vậy trong những năm gần đây kỹ thuật PET-CT phát triển mạnh mẽ với nhiều lợi ích to lớn đặc biệt là trong ung thư Số lượng máy PET-CT ở các nước tiên tiến là hàng trăm hoặc hàng ngàn (Hoa Kỳ, Nhật Bản, một số nước Châu Âu, Hàn Quốc, Trung Quốc…) Các nước trong Asean như Singapore, Thái Lan, Malaysia, Philippin đều có các trung tâm PET-CT và phấn đấu để trung bình có 1-3 máy PET-CT cho 1 triệu dân

Bảng 1.1: Số lượng máy PET và PET-CT trên thế giới (tính đến 2016)

có máy PET-CT nhưng với số lượng rất thấp

Dịch tễ học ung thư ở Hoa Kỳ đã đưa ra nhu cầu ước tính là 2.364.180 ca/ năm tức là 9000 PET trên 1 triệu dân cần được ghi hình PET được thực hiện mỗi năm, trong đó 0.2% dân số là (280 triệu dân) có bệnh động kinh, 25% các trường hợp này đang tái diễn và 12% có nhu cầu sử dụng PET-CT Với loại bệnh này số lượng ghi hình PET-CT được thực hiện tăng theo các năm về số lượng tính đến năm 2016 là hơn

3800 bệnh nhân theo báo cáo thống kê của Viện Mallinckrodt, Hoa kỳ.[7]

- Tình hình và nhu cầu sử dụng thiết bị xạ hình tại Việt Nam

Theo báo cáo của Cục Năng lượng nguyên tử, Bộ Khoa học và Công nghệ, trong giai đoạn 2011 – 2016 [1], hoạt động nghiên cứu, ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ đã đạt được nhiều kết quả có giá trị khoa học và thực tiễn, đặc biệt là trong chẩn đoán và điều trị bệnh bằng các trang thiết bị và kỹ thuật hạt nhân tiên tiến, trong chọn tạo giống cây trồng đột biến, ứng dụng công nghệ hạt nhân trong các lĩnh vực công nghiệp, tài nguyên và môi trường Một số kết quả đã được ghi nhận ở tầm khu vực và trên thế giới Cụ thể, trong y tế, ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ được sử dụng chủ yếu ở ba lĩnh vực là y học hạt nhân, xạ trị và điện quang

Về Y học hạt nhân: Hiện cả nước có 32 cơ sở y học hạt nhân, chủ yếu tập trung

ở các tỉnh/thành phố lớn (về số lượng đáp ứng được 65% so với mục tiêu đến năm

2015 của chiến lược) Trang bị của y học hạt nhân có 43 thiết bị xạ hình (35 máy SPECT và SPECT/CT, 8 PET-CT), đạt tỷ lệ khoảng 0,47 máy/1 triệu dân

Để đáp ứng mục tiêu của Chiến lược đến năm 2020 đạt tỷ lệ 01 thiết bị xạ hình/1 triệu dân, cần trang bị thêm khoảng 60 máy xạ hình Các kỹ thuật xạ hình bằng SPECT & SPECT/CT đối với ung thư và di căn, các bệnh tim mạch, hệ tiêu hóa, xương khớp, hô hấp đã và đang được thực hiện có kết quả cho hàng ngàn bệnh nhân mỗi năm Một số bệnh viện có số bệnh nhân xạ hình SPECT trung bình từ 2000 - 3000 ca/năm Kỹ thuật xạ hình PET-CT sử dụng 18F-FDG, công nghệ tiên tiến của thế giới hiện đã trở thành kỹ thuật thường quy trong chẩn đoán - điều trị các bệnh về ung thư, tim mạch và thần kinh tại Việt Nam Số lượng bệnh nhân xạ hình tại Bệnh viện Bạch Mai và Chợ Rẫy khoảng 7000-8000 lượt/năm (trong đó, xạ hình PET-CT khoảng 1000 lượt) [1]

Nhiều kỹ thuật xạ trị hiện đại, ngang tầm khu vực và quốc tế hiện đã được triển khai tại Việt Nam như: Điều trị ung thư tế bào gan (HCC) bằng kỹ thuật gây tắc mạch bằng các vi cầu phóng xạ; kỹ thuật điều trị miễn dịch phóng xạ bằng kháng thể đơn dòng Rituzumab gắn I-131; kỹ thuật cấy hạt phóng xạ trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt; kỹ thuật xạ trị áp sát trong điều trị ung thư cổ tử cung, ung thư trực tràng, ung thư

vú, ung thư vòm, ung thư thực quản; kỹ thuật xạ phẫu bằng dao gamma quay, xạ trị điều biến liều, mô phỏng lập kế hoạch xạ trị bằng PET-CT, xạ trị áp sát suất liều cao…Dự kiến trong những năm tới số các nước có máy PET-CT sẽ ngày càng tăng lên

và nhu cầu các chuyên khoa lâm sàng cần đến chỉ định của PET-CT cũng ngày càng tăng lên Đến năm 2020 sẽ phát triển các kỹ thuật chụp PET-CT ở hầu hết các trung tâm khu vực, thành phố trực thuộc trung ương Đồng thời sẽ lắp đặt thêm các máy gia tốc vòng (cyclotron) để sản xuất ĐVPX cho các máy PET [1]

3 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, hình ảnh trong chẩn đoán bệnh là một trong những yếu tố quyết định việc phát hiện bệnh trong cơ thể người, tuy nhiên trong các phương pháp chụp như X-Quang, CT, PET thường thu được hình ảnh chưa được như mong muốn Đặc biệt chưa kể đến với ảnh y học thường bị mờ do chụp các bộ phận nằm sâu bên trong cơ thể bằng các thiết bị chuyên dụng như máy chụp X- quang, máy chụp

CT, máy siêu âm, máy nội soi….Chất lượng ảnh kém gây nên nhiều khó khăn cho

việc chẩn đoán bệnh của bác sĩ

PET-CT là phương pháp ghi hình ở mức độ tế bào và mức độ phân tử được phát triển và trở thành công cụ trong việc nghiên cứu trong lâm sàng và thực nghiệm Tuy nhiên việc tiếp cận vào thực hành trong lâm sàng đã và đang diễn ra rất chậm vì sự phức tạp và khó khăn giá thành cao trong sản xuất và cung cấp các đồng vị phóng xạ Y học hiện đại chẩn đoán bệnh dựa trên các triệu chứng lâm sàng và cận lâm sàng Việc chẩn đoán bệnh dựa trên hình ảnh thu được từ các thiết

bị y tế như PET-CT chiếm vai trò vô cùng quan trọng Điều này góp phần nâng cao tính chính xác, kịp thời và hiệu quả trong chẩn đoán bệnh Trong luận văn này học viên nghiên cứu một tổng quan ứng dụng của PE/CT trong chẩn đoán hình ảnh và ứng dụng của PET-CT trong chẩn đoán và điều trị ung thư thực quản

4 Mục tiêu của đề tài

Hiện nay với nhu cầu chăm sóc sức khỏe của con người ngày càng nâng cao, bên cạnh hệ thống các bệnh viện với đội ngũ y bác sỹ tận tình, hệ thống máy móc trang thiết bị y tế ngày càng hiện đại thì chất lượng phục vụ và mức độ chính xác trong thăm khám và chẩn đoán bệnh cũng được đòi hỏi ở mức cao

Đề tài “Ứng dụng của PET-CT trong chẩn đoán hình ảnh tiến tiến ” là học

viên nghiên cứu tổng quan máy PET-CT, ưu nhược điểm và ứng dụng nguyên lý tạo ảnh PET-CT trong ứng dụng tạo ảnh chức năng, phát hiện ưng thư Nhằm nâng cao sự hiểu biết của mọi người về những ứng dụng của máy PET-CT Luận văn góp phần như một trong nhưng tài liệu tham khảo cho các sinh viên, kỹ thuật viên

và các y bác sĩ

5 Dự kiến kết quả đạt được

- Nghiên cứu tổng quan về máy CT, máy PET

- Nghiên cứu tổng quan về máy PET-CT

- Ứng dụng của PET-CT trong chẩn đoán ung thư thực quản

- Đánh giá ưu nhược điểm và hướng phát triển của máy PET-CT trong tương lai

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ MÁY CT 1.1 Giới thiệu về máy CT

Để cải thiện chất lượng hình ảnh và năm 1963, 1964 Cormack là người đầu tiên đã mô tả một phương pháp chụp cắt lớp X quang hoàn toàn đúng với phương pháp CT: có thể tạo một lớp cắt từ rất nhiều mặt cắt chéo (lateral sections) xác định bởi kỹ thuật chụp X- quang Sau đó người ta phát hiện ra rằng giải pháp toán học cho vấn đề

này đã được ông Joham Karl August Radon (một nhà toán học người Austrian tìm ra vào năm 1917) với lý thuyết sau: Hình ảnh của một đối tượng hai hoặc ba chiều có thể tái tạo lại từ một tập hợp vô hạn những dữ liệu thu được từ các phép chiếu qua nó Quá trình lịch sử phát triển kỹ thuật chụp CT:

- Năm 1967 G.Hounsfiled (nhà khoa học Anh Quốc) bắt đều thực nghiệm cơ sở trên máy quét sọ não EMI

- Năm 1970 Máy quét sọ não EMI được sản xuất thử

- Năm 1971 Máy quét sọ não EMI đầu tiên được lắp đặt tại bệnh viên Atkinson Morley và khởi đầu thực hiện lâm sàng

- Tháng 4/1972 hai nhà khoa học Anh J.Ambrose và G.Hounsfiled đã báo cáo về máy cắt lớp EMI tại đại hội của hội quang tuyến Anh Quốc

- Năm 1973 lắp đặt máy cắt lớp sọ não tại bệnh viện Mayi và ông R.S Ledley công bố về hệ thống máy chụp cắt lớp, tuy nhiên những máy thuộc giai đoạn này có tốc độ rất thấp, để có một lớp cắt phải mất bốn mươi phút và chất lượng hình ảnh rất kém nên chưa có nhiều tác dụng thực tế trong chuẩn đoán

- Năm 1974 phát triển máy EMI CT 500, thời gian cho một lớp cắt chỉ còn 20 giây và có hiệu quả rõ trên lâm sàng

- Năm 1975 lắp đặt máy ACTA đầu tiên tại học viên Minnesota và máy DELTA đầu tiên tại trung tâm y học Anh Quốc

- Năm 1979 trao giải thưởng Nobel về y học cho các nhà khoa học G.Hounsfiled

và A Cormark

- Năm 1989 đã thu được dữ liệu 3D với sự ra đời của CT xoắn ốc trong bởi W.A Kalender, CT xoắn ốc đòi hỏi các máy quét để xoay liên tục và thu được dữ liệu liên tục Trong vòng xoáy quét các bệnh nhân được dịch qua giàn CT Mối tương quan giữa bệnh nhân so với đầu dò theo một quỹ đạo xoắn ốc (hình 1.7) Sự đối xứng của quỹ đạo quét cho phép cho một lựa chọn tùy ý theo chiều dọc Việc lấy mẫu trục liên tục là cần thiết cho các màn hình 3D chất lượng cao và dẫn đến sự phát triển mạnh của

CT sau này Việc nâng cao từ CT xoắn ốc đơn lát cắt (SSCT) thành CT xoắn ốc đa lát

cắt (MSCT) trở nên phổ biến trong năm 1998 Họ tiếp tục cải thiện vùng quét bao phủ,

độ phân giải và tốc độ quét Sự phát triển của máy CT xoắn ốc từ 1 x 5 mm trong 36 giây với một lát cắt, 4 x 1mm trong 30 giây với 4 lát cắt, 16 x 0.75 mm trong 10s với

16 lắt cắt và cả 64 x 0.5 mm quét luân phiên với tối đa 3 vòng/ giây có thể sử dụng

- Ngày nay máy CT càng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn, máy CT được đánh

giá là một trong mười phát minh lớn nhất của thế kỷ XX

- Năm 2003, ra đời máy chụp cắt lớp vi tính 64 dãy đầu tiên, giúp tái tạo hình ảnh

dưới 1mm

- Năm 2005, máy chụp chụp cắt lớp vi tính 2 nguồn đầu tiên được sản xuất

- Năm 2008, ra đời máy chụp cắt lớp vi tính 2 nguồn thế hệ thứ hai (defenition flash)

- Hiện nay đã ra đời các máy 128, 256 và 320 dãy đầu dò

Các thế hệ máy:

- Máy thế hệ 1: máy có một đầu dò sử dụng nguyên tắc quay và tịnh tiến Chùm tia

X-quang cực nhỏ chiếu qua cơ thể tới đầu dò để thu nhận kết quả Bóng phát tia X phải quay quanh cơ thể 180o để hoàn thành một lớp cắt Khi quay 1o thì phát tia và quét ngang cơ thể để đo, một quang ảnh mất vài phút

Hình 1.2: Máy cắt lớp EMI

- Máy thế hệ 2: Máy đa đầu dò, sử dụng theo nguyên tắc quay và tịnh tiến Chùm tia

X-quang có góc mở 10o, đối diện có một nhóm 5-50 đầu dò Do chùm tia X rộng hơn, nên giảm được số lần quét ngang Thời gian chụp một quang ảnh từ 15-20 giây

Hình 1.3: Máy CT thế hệ 2

- Máy thế hệ 3: Máy có nhiều đầu dò (200-600 đầu dò), sử dụng nguyên tắc quay

đơn thuần Chùm tia X có góc mở rộng hơn, chùm hết phần đầu dò quay cùng chiều với bóng phát tia và ghi kết quả Thời gian chụp một quang ảnh từ 1-4 giây, độ mỏng lớp cắt đạt 2mm

Hình 1.1: Máy CT thế hệ 3

lượng đầu dò lên tới 1000 Bóng phát tia X-quang quay quanh trục cơ thể và phát tia Thời gian chụp một quang ảnh đạt tới 1 giây, thuận lợi cho khảo sát các tạng chuyển

động Loại máy cực nhanh với thời gian cần cho một quang ảnh chỉ 0,1 giây, hoặc chụp CT scan được dùng trong chẩn đoán tim mạch

Hình 1.5: Máy CT thế hệ 4

- Máy thế hệ 5: Máy được thiết kế với ống X quang là một vòng lớn bao quanh bệnh nhân sử dụng cho chụp cắt lớp CT, tia X được tạo ra bằng chùm electron năng lượng cao, nó không có bộ phận chuyển động đến giàn máy quét Khả năng quét 50 mili

giây và có thể tạo ra 17 lát cắt/ giây

Hình 1.6: Máy CT thế hệ 5

- Máy thế hệ 6 : CT xoắn ốc

Thuật ngữ “CT xoắn ốc” (Helical hay Spiral CT) được dùng để chỉ các máy CT có thể chụp theo chế độ xoắn Cho đến thời điểm hiện nay, tất cả các máy CT đều có thể đồng thời chụp theo hai chế độ: Cắt trục (axial) và cắt xoắn ốc Cắt trục là khi bóng quay, bàn di chuyển từng nấc và bóng sẽ phát tia khi bàn dừng chuyển động Chế độ cắt trục thường phục vụ cho các kỹ thuật xạ trị, GammaKnife và CyberKnife với mục đích là hình ảnh sau chụp có độ chính xác cao, không chịu ảnh hưởng chuyển động của bệnh nhân Nhược điểm của chế độ này là chụp chậm, theo từng nấc chuyển động của bàn, bắt đầu từ đỉnh cho tới đáy của cơ quan thăm khám, bờ ngoài của hình ảnh dựng 2D hay 3D có dạng bậc thang Cắt xoắn ốc là khi bóng quay và phát tia, bàn di chuyển liên tục, quỹ đạo của bóng so với cơ thể bệnh nhân là một đường xoắn ốc, tương tự như việc gọt vỏ một quả cam Ưu điểm của cắt xoắn ốc là tốc độ chụp nhanh, khắc phục được nhiễu ảnh do cử động (hô hấp, nhu động ), đường ranh giới của hình ảnh dựng liên tục, không bị mấp mô

Hình 1.7: Máy CT thế hệ 6

- Máy thế hệ 7 : Multi – Slice

Công nghệ này với thiết kế nhiều dãy đầu dò, khoảng các giữa các collimator rộng hơn và khi đó có nhiều tia X được tạo ra Với nhiều máy quét dãy đầu dò thì độ dày của lát cắt được xác định bởi kích thước dãy đầu dò chứ không phải bởi collimator

Ưu điểm của phương pháp này là làm giảm thời gian cắt và tăng độ phân giải từ đó

Hình 1.8: Máy CT thế hệ 7 1.1.3 So sánh CT và X- quang thường quy

- CT là một phương pháp chụp X- quang đặc biệt, khác về bản chất so với phương

pháp X – quang thường quy, phương pháp tạo ảnh CT là phương pháp tạo ảnh cắt lớp vuông góc với trục dọc của cơ thể

- Trong X- quang thường quy, hình ảnh đối tượng ba chiều được ghi vào phim dưới

dạng bóng mờ hai chiều do sự chiếu của chùm tia X qua đối tượng vào phim Ảnh được tạp ra là ảnh xếp chồng của nhiều đối tượng khác nhau nằm trên đường chiếu của chùm tia X do vật mà bị mờ CT tránh được các hiệu ứng xếp chồng vì chỉ xử lý các thông tin của cắt lớp cần quan tâm

1.2 Nguyên lý hoạt động

1.2.1 Cấu tạo hệ thống máy CT

Hình 1.9: Cấu tạo hệ thống máy CT 1.2.1.1 Giàn quay (GANTRY)

Cụm phát (bóng phát tia X) và thu tín hiệu tia X (detector) Hai bộ phận này liên kết chặt chẽ với nhau và chuyển động xoay quanh bệnh nhân, hai bộ phận này có một

vỏ bọc bảo vệ và có thể điểu chỉnh được để làm sao chùm tia X chiếu chuẩn xác vào phía bệnh nhân theo mặt cắt mà người điểu khiên muốn khám Chùm tia X rất mảnh

có thể thay đổi độ dày từ 1 đến 10mm Nguồn phát tia X này có thể xoay tròn quanh

bộ phận cần chụp Tia X sẽ chiếu qua bệnh nhân và đến được các đầu dò (detector), tia X khi chiếu qua bệnh nhân sẽ bị hấp thụ một phần bởi các cơ quan Đầu dò sẽ chuyển năng lượng tia X thành các tín hiệu điện

Hình 1.10: Cấu trúc của dàn quay máy CT Bóng X quang:

Cấu trúc bóng X quang ở máy CT giống như của máy X quang thông thường đó

là loại anod quay và tốc độ quay có thể điều khiển được và làm mát bằng dầu và quạt gió để có khả năng phát tia lâu dài Khả năng chịu nhiệt của bóng rất cao tới vài MHU, thông thường trong bóng có chứa cảm biến nhiệt để đo lường và kiểm soát tình hình của bóng

- Đầu dò chất rắn gốm đất hiếm: Sử dụng gốm đất hiếm thay cho CdWo4 làm vật liệu phát quang

T : Tube là bóng X quang Có chức năng phát tia X Khác với các bóng Xquang thông

thường khe phát tia X này cho ra các chùm tia mỏng và cường độ tia chuẩn hơn

D :Detectors : Là các cảm biến nhạy tia X Nhằm cảm nhận mức độ hấp thụ của các

chùm tia Xquang phát ra từ bóng Số lượng và chất lượng của các cảm biến ảnh hưởng rất nhiều đến hình ảnh của máy CT

R: Là một hệ thống gồm ray, động cơ, khung… Nhằm tạo chuyển động quay cho

bóng và detector

X ở đây là khoảng cách giữa bóng phát tia X và detector

1.2.1.2 Giường bệnh nhân (PATIENT COUCH)

Dùng để di chuyển bệnh nhân ra vào vùng quét, tốc độ và khoảng cách di chuyển có thể điều chỉnh chính xác để tạo ảnh lớp cắt có bề dày cỡ nhỏ hơn 1mm với

độ chính xác tới 0.01 mm, giường của bệnh nhân của hệ thống CT có chiều cao được điều chỉnh phù hợp

Hình 1.11: Giường bệnh nhân (PETIENT COUCH) 1.2.1.3 Bàn điều khiển (CONSOLE)

Bàn điều khiển là khối liên lạc trung tâm giữa người dùng và hệ thống thiết bị cũng là nơi thao tác của bác sĩ và kỹ thuật viên, mọi tham số của thiết bị và dữ liệu của bệnh nhân được nhập vào từ đây sau đó quá trình quét được bắt đầu và kết hợp hình ảnh được hiển thị trên màn hình tại bàn điều khiển

1.2.1.4 Hệ thống máy tính (COMPUTER SYSTEM)

Với chức năng tính toán, tái tạo hình ảnh thì hệ thống máy tính còn đảm bảo an toàn cho người vận hành, các bộ phận điều khiển, hiển thị Máy tính là não bộ của hệ

thống CT, có thể tái tạo hình ảnh nhanh nhất và điều khiển toàn bộ mọi hoạt động của máy như các chức năng: đặt chương trình khám, điều khiển các tham số chụp (Kv, Ma,

bề dày lớp cắt và kiểu quét…) nhận tín hiệu, xử lý tín hiệu, điều khiển giường bệnh nhân và dàn quay, tái tạo ảnh, lưu trữ dữ liệu, tính toán các tham số (thể tích, khoảng cách, trị số CT), chụp ảnh lên phim hoặc cất dữ ảnh vào đĩa từ Để thực hiện toàn bộ các thao tác trên thì máy tính phải có cấu hình mạnh Hiện nay các thuật toán ứng dụng cho các máy CT phát triển rất mạnh nên máy đã có nhiều phần mềm cho các ứng dụng khác như: thăm khám phù hợp với từ đối tượng (sọ não, phổi, cột sống…) tạo ảnh 3D, chụp mạch, chụp tự động theo nồng độ cảm quang

Hình 1.12: Hệ thống máy tính của máy CT 1.2.1.5 Hệ thống cao thế (HIGH TENSION GENERATOR)

- Máy chụp phim (máy chụp LAZER)

Là thành phần không thể thiếu được trong hệ thống CT, là máy chụp ảnh cắt lớp,

nó là công cụ lưu trữ ảnh trên phim, khác với việc chụp ảnh trong máy X quang thường quy ở đây nó chụp lại từ một màn hình bố trí trong máy và hình ảnh hiện lên trong máy chính là hình ảnh hiện lên trên màn hình tại bàn điều khiển Hiện nay hầu hết các hệ thống máy CT đều có trang bị máy chụp ảnh kỹ thuật laser và sử dụng phim khô Ngoài ra tùy theo nhu cầu, mày có thể có thêm các phụ kiên khác như: đĩa quang

từ, nguồn điện dự phòng (UPS), ổn áp [4]

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Hình 1.13: Mô phỏng hệ thống chụp CT thế hệ 3

Hình 1.13 mô phỏng các thành phần quan trọng của một hệ thống chụp CT và

sự hoạt động của hệ thống Để tạo ảnh của các lớp cắt cần quan tâm trong cơ thể thì cần phải tính toán được độ suy giảm của tia X khi xuyên qua các lớp cắt tại nhiều hướng nhờ một hệ thống bóng X quang và khối đầu dò Một dạng hệ thống đơn giản nhất sử dụng một chùm tia X có bề dày cỡ bút chì xuyên qua lớp cắt để đo nồng độ suy giảm Để xác định độ suy giảm, trước hết phải dịch chuyển toàn bộ hệ thống này trải qua toàn bộ tiết diện của lớp cắt Đồng thời tại những khoảng nhất định trong dịch chuyển, cường độ bức xạ tại đầu dò được ghi lại Như vậy, sau khi dịch chuyển toàn

bộ lớp cắt sẽ được một tập hợp các số liệu đo tương ứng với một tiết diện chéo (lateral sections) và tập hợp số liệu này được gọi là một phép chiếu Để tạo được ảnh kỹ thuật trong CT cần có nhiều phép chiếu, những phép chiếu này được tạo bằng cách quay cả

hệ thống một góc nhỏ cỡ 10 quanh trục vuông góc với mặt phẳng chứa lát cắt, sau mỗi lần thực hiện một phép chiếu rồi thực hiện theo trình tự như trên với các phép chiếu tiếp theo cho tới khi hệ thống đo đã dịch chuyển theo một góc ít nhất là 1800 Trong quá trình đó, số liệu đo sẽ mã hóa theo dạng thích hợp rồi truyền tới máy tính Máy tính có thể xử lý và tính toán các số theo độ suy giảm sau đó dùng các thuật toán để tái

tạo ảnh song song với quá trình thu thập dự liệu nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc thu tín hiệu và hiển thị ảnh [3]

1.3 Ưu nhược điểm ứng dụng và hướng phát triển của CT

1.3.1 Ưu nhược điểm

Ưu điểm: khả năng ưu việt của CT là tạo ra ảnh cắt lớp thay thế cho ảnh xếp chồng do đó mà hình ảnh của CT rõ nét hơn nhiều so với ảnh X quang (Hình 1.5) CT

có thể tạo ra những ảnh của mô mềm với độ tương phản cực cao không những thế CT còn định lượng được hình ảnh Trong nhiều trường hợp nhờ khả năng tạo ảnh mô mềm với độ tương phản rất cao mà đã có thể loại trừ được việc dùng chất cản quang (chụp ảnh não bộ) Đặc biệt CT còn giúp tái tạo hình ảnh dạng thực của các cơ quan bị tổn thương và ưu việt trong kỹ thuật chụp mạch Ưu điểm lớn nhất của CT là cho phép khảo sát các phần xương có cấu trúc tinh thể mà các phương pháp khác không hiệu quả bằng Do đó mà CT được ứng dụng ngày càng lớn và không thể thiếu trong y học Nhược điểm: CT sử dụng tia X có tác hại lớn đối với sức khỏe của bệnh nhân, tia

X có khả năng gây ion hóa tế bào và với lượng lớn có thể gây ung thư Chi phí cho mỗi lần chụp CT cũng cao hơn nhiều so với chụp X- quang

Hình 1.14: So sánh ảnh chụp X- quang và ảnh chụp CT

1.3.2 Ứng dụng và hướng phát triển

CT được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán lâm sàng cũng như trong sinh thiết

CT được dùng để chẩn đoán phần cứng của cơ thể bị tổn thương như: sọ não, cột sống, xương Trong tất cả các phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện nay thì CT cho hình ảnh về các phần cứng trên cơ thể là rõ nhất Các bệnh về tim mạch như tắc nghẽn mạch máu, các dị tật của tim có thể được phát hiện bởi CT CT được dùng trong nhi khoa, nha khoa, nhãn khoa hay để thực hiện nội soi ảo dùng kỹ thuật tạo ảnh 3D với sự

hộ trợ của máy tính Ngoài ra, CT còn dùng để trợ giúp sinh thiết như sinh thiết tuyến tiền liệt, sinh tiết ung thư vú, sinh thiết cổ tử cung Một ưu điểm lớn nhất của CT là cho phép khảo sát các phần xương có cấu trúc tinh thể

Hình ảnh CT có chất lượng rất tốt vì vậy hiện nay người ta kết hợp CT với phương pháp PET (dùng để tạo ảnh chức năng) để tạo ra máy PET-CT vừa cho hình ảnh giải phẫu và khảo sát được chức năng của các cơ quan Trong việc làm giảm ảnh hưởng của tia X lên bệnh nhân và thu được ảnh tốt, hãng Siemens đã giới thiệu CT (2005) dùng hai nguồn phát tia X Đây là bước tiến quan trọng trong kỹ thuật chụp cắt lớp CT và mang lại khả năng ứng dụng rộng rãi hơn nữa trong y học, đặc biệt là trong chẩn đoán bệnh về tim

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY PET 3.1 Tìm hiểu về máy PET

2.1.1 Giới thiệu về máy PET

Khái niệm: PET là từ viết tắt của thuật ngữ Positron Emission Tomography mang ý nghĩa là chụp cắt lớp phát xạ positron Chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) là một kỹ thuật hình ảnh hạt nhân phóng xạ phân rã đó là phản ứng hủy phát xạ positron Những hạt nhân phóng xạ được sản xuất trong một cyclotron và sau đó được sử dụng

để gắp vào các hợp chất sinh học quan tâm (FDG) Các hợp chất có đó được đưa vào

cơ và phân bố ở các mô để đo hoạt động của tế bào ở các bộ phận khác nhau trong cơ thể Bác sĩ tiêm một lượng chất phóng xạ phù hợp vào tĩnh mạch Sau đó tiến hành chụp, ảnh thu được là ảnh chức năng chuyển hóa của tế bào trong cơ thể Từ đó phát hiện ra khối u và tổ chức di căn

Hình 2.1: Máy PET 2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý 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 (FDG) đã lựa chọn DCPX được lựa chọn này dựa trên cơ sở những khác biệt về mặt sinh lý học hoặc chuyển hóa giữa khối u và tổ chức bình thường

Về nguyên tắc thì các hoạt động chuyển hóa trong các tổ chức ung thư thường xuất hiện trước những thay đổi về cấu trúc Việc phát hiện thay đổi về hóa sinh, chuyển hóa trước những thay đổi về giải phẫu là có thể thực hiện được

Nếu sử dụng các chất chuyển hóa trong khối u và đánh dấu chúng bằng các đồng vị phóng xạ phát positron (được sản xuất bởi máy gia tốc vòng- cyclotron), chúng sẽ theo dòng tuần hoàn và tập trung chủ yếu tại các tổ chức có tế bào ung thư và tham gia vào quá trình chuyển hóa, tổng hợp, biến đổi trong từng tế bào ung thư

Tại những nơi có tập trung các DCPX kể trên (tổ chức bệnh lý hay khối u ung thư), sẽ có sự chênh lệch rõ nét hoạt độ phóng xạ cao hơn tổ chức lành xung quanh

2.1.3 Sản xuất nguồn điều trị phóng xạ phát positron

Năng lượng positron tối

đa (trung bình) (KeV)

Chất đánh dấu

Cơ quan áp dụng

15 O 2 07 1720/740 Nước Lưu lượng máu

11C 20.4 970/390 Methionine Tổng hợp protein của khối u

13 N 9.96 1190/490 Ammonia Lưu lượng máu cơ tim

18 F 110 635/250 FDG Sự trao đổi đường glucozo

68 Ga 68 1899/836 DOTANOC

82 Rb 1.25 3356/1532 Rb- 82 Bơm máu tại cơ tim

Hiện nay 4 DCPX dùng trong PET chính thức được công nhận bở FDA:

Na18F cho hình ảnh xương, 82RbCl để đánh giá bơm máu tại cơ tim trong khu vực chẩn đoán 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.18FDG hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất [10]

Thăm dò lưu lượng máu cơ quan thường dùng nước để đánh dấu 15O Ngoài

ra, vài DCPX khác cũng được sử dụng cho ghi hình lưu lượng máu cơ tim bằng PET-CT như: 13N-amoniac, 82Rb+ (được vận chuyển vào trong cơ tim tương tự như K+), [11C]-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 trú nguyên nhân gây động kinh, chẩn đoán cơ tim sống còn (myocardial viability), chẩn đoán khu trú viêm, nhiễm trùng

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

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

Những DCPX khác: aFLT (Fluoro-levo-thymidin) là một trong những dược chất được đặt nhiều kỳ vọng trong ung thư Ứng dụng 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

Do chu kỳ bán rã của 18F là 110 phút là thời gian thuận lợi cho quá trình chụp nên 18F được dùng phổ biến nhất trong chụp hình với máy PET-CT 18F được tạo ra trong một máy gia tốc cyclotron bằng cách bắn phá nước được làm giàu 18O với proton năng lượng cao, các ion hydro dương năng lượng cao H+ hay proton của chùm được đưa trực tiếp vào buồng chứa nước làm giàu 18O Proton dưới một phản ứng hạt nhân tạo ra H2F (18F) 18O và 18F Bằng sự thay đổi phân tử trong buồng bia bắn mà có các nguồn phát xạ positron khác nhau như: 11C, 13N, 15O [11]

Thông thường 0,3 ml nước là giàu 18O trong một thùng chứa bạc sản xuất được 400-500 mCi 18F theo điều kiện tiêu chuẩn Quá trình này mất khoảng 20 phút, bằng cách thay đổi lượng nước làm giàu 18O có thể tạo ra số lượng 18F lớn hơn

Phương trình phản ứng:

β+ + e - γ (511keV) + γ (511keV)

Một số tính chất rất quan trọng trong quá trình hủy positron đó là thuận lợi cho tạo ảnh và trực tiếp đến các khái niệm của PET Đầu tiên các positron hủy có năng lượng lớn (chúng nằm trong dải tia gamma của phổ điện từ và có năng lượng cao gấp

10 lần x- quang chuẩn đoán), và có khả năng đâm xuyên tốt thoát khỏi cơ thể để phát hiện bên ngoài Vì vậy các photon hủy được phát hiện trong hình ảnh PET, sau đó hai photon được phát ra có mối quan hệ hình học (chúng tạo thành một góc 1800) nên nếu

cả hai photon đó cùng xác định thì ta có thể xác định được vị trí phát xạ nằm trên đường thẳng nối hai detector thu được hai photon đó Khi đo được thời gian chênh lệch Δt của hai photon tới hai đầu dò tương ứng ta có thể xác định được điểm tương tác theo công thức:

Trong đó:

d: khoảng cách từ trung điểm đường thẳng nối hai đầu dò đến điểm tương tác

Δt: chênh lệch thời gian của hai photon tới hai đầu dò

c: vận tốc ánh sáng

Hình 2.3: Cặp photon thu được tại đầu dò xác định vị trí phát xạ

Phản ứng hủy cặp là cơ sở cho hình ảnh PET, một máy PET được thiết kế để đồng thời phát hiện và khoanh vùng liên tục các Phản ứng hủy cặp tạo ra photon sau phân rã (hình 2.2) Trong một máy PET điển hình, hàng triệu những cặp photon sẽ được phát hiện

Có hai ảnh hưởng trong hệ thống hình ảnh PET dẫn đến lỗi trong xác định vị trí đồng vị phóng xạ phát ra positron Các ảnh hưởng này làm mờ hỉnh ảnh PET được tái tạo Ảnh thứ nhất là khoảng cách của các positron (hình 2.4), có một khoảng các từ vị trí của positron phát xạ đến vị trí của phản ứng hủy Máy PET phát hiện ra vị trí các positron hủy không phải là vị trí của các positron được tạo ra từ đồng vị phóng xạ Bởi các positron được tạo ra từ 18F-FDG di chuyển theo các con đường quanh co (1-2 mm) trong mô, trải qua nhiều lần đổi hướng rồi chúng mới tương tác với các điện tử tại đó

để phát xạ ra photon hủy [11] Tác động thứ hai xuất phát từ thực tế là các positron và electron không hoàn toàn ở trạng thái nghỉ khi chúng tương tác tạo ra phản ứng hủy, tạo ra cặp tia gamma lệch nhau không chính xác là 1800 Thực tế cặp tia gamma tạo ra

là 1800 ± 0.25 (Hình 2.5)

Hình 2.4: Lỗi do positron di chuyển trước khi xảy ra phản ứng hủy xảy ra

Hình 2.5: Lỗi không thẳng hàng 2.1.5 Các tương tác của tia gamma do Phản ứng hủy cặp trong cơ thể

Điều quan trọng là phải hiểu photon 511 keV phát ra sau Phản ứng hủy cặp tương tác với mô xung quanh như thế nào Các hiệu ứng quang điện và Compton là hai

cơ chế mà photon 511 keV tương tác với vật chất

2.1.5.1 Tương tác quang điện

Hình 2.6: Hiệu ứng quang điện

Photon tới

quang điện bắn ra

Hạt nhân

Hình 2.6 hiệu ứng quang điện, một photon 511 keV sẽ tương tác với một nguyên tử trong môi trường xung quanh và được hấp thụ hoàn toàn bằng cách chuyển năng lượng của nó cho một electron quỹ đạo Electron này đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử nhưng được hấp thụ ngay trong môi trường chất rắn và chất lỏng của

cơ thể X – quang với một năng lượng bằng với năng lượng liên kết của electron cũng được tạo tại các vị trí trong vỏ electron của nguyên tử được làm đầy Những tia X quang thường có năng lượng của hàng chục keV và cũng nhanh chóng được hấp thụ trong môi trường Kết quả của sự tương tác quang điện trong một chất lỏng hợp lý dày đặc hoặc rắn là sự hấp thụ hoàn toàn của các photon ban đầu với năng lượng 511 keV trong cơ thể Xác suất của sự hấp thụ quang điện trên một đơn vị khoảng các trong môi trường phụ thuộc rất nhiều vào số lượng nguyên tử của môi trường trong đó các photon được truyền đi [15]

Tán xạ Compton là quá trình tán xạ không đàn hồi của photon với các electron

tự do hoặc electron liên kết yếu trong nguyên tử của môi trường Trong quá trình tán

Hạt nhân

Phonton

tới

Photon tán xạ có năng lượng thấp hơn

Electron bật ra do tương tác compton