Tính toán liều hấp thụ trong kỹ thuật ghi hình PET CT tại bệnh viện 103

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc tính cơ bản chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng chạy trung bình trong nước, năng lượng trung bình của một số thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đoán PET/

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LỜI CAM ĐOAN

Bản luận văn này với tên gọi “Tính toán liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình PET/CT tại bệnh viện 103” là công trình nghiên cứu do chính tôi − học viên Ngô Vĩnh Điệp chuyên ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Văn Loát Bản luận văn không sao chép từ bất kỳ tài liệu nào Nếu bản luận văn này được sao chép từ bất kỳ tài liệu nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước đơn

vị đào tạo và pháp luật

Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2020

Học Viên

Ngô Vĩnh Điệp

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình hoàn thành luận văn của mình, em đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè

Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên người thầy đã trực tiếp giao đề tài

và tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với tập thể các giảng viên Khoa Vật lý, các cán bộ phòng Sau đại học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chỉ bảo và giảng dạy em trong suốt những năm học qua cũng như việc hoàn thành luận văn này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đề tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ (mã số 08/HĐ/ĐTCB, thuộc quản lý của Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam) đã hỗ trợ một phần quá trình thực nghiệm được thực hiện trong luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn tới Chủ nhiệm khoa và toàn thể cán bộ trong khoa Y học hạt nhân, Bệnh viện quân y 103, đã cung cấp cơ sở vật chất và chỉ bảo tận tình em trong suốt quá trình làm thực nghiệm, nghiên cứu, hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin được bày tỏ tình cảm tới những người thân trong gia đình, các bạn trong tập thể lớp cao học Vật lý 2018-2020 đã động viên, hỗ trợ em về mọi mặt

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên: Ngô Vĩnh Điệp

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Kỹ thuật và nguyên lý ghi hình PET/CT 4

1.1.1 Kỹ thuật ghi hình PET/CT 4

1.1.2 Nguyên lý ghi hình PET/CT 6

1.2 Thuốc phóng xạ dùng trong PET/CT 11

1.3 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa 13

1.3.1 Một số đại lượng đo liều dùng trong y học hạt nhân 13

1.3.2 Chu kỳ bán rã hiệu dụng 16

1.3.3 Hiệu ứng bức xạ với cơ thể sống 18

1.4 Liều hấp thụ cho bệnh nhân trong chụp PET/CT 21

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP 23

2.1 Thiết bị ghi hình PET/CT 23

2.2 Cấu tạo máy ghi hình PET/CT 24

2.2.1 Hệ thống máy CT 24

2.2.2 Hệ thống máy PET 26

2.3 Phương pháp tính liều chiếu 29

2.3.1 Tính liều chiếu ngoài 29

2.3.2 Tính liều chiếu trong theo phương pháp MIRD 34

2.3.3 Tính thời gian tồn lưu thuốc phóng xạ từ hình ảnh PET/CT 42

2.4 Chương trình tính liều OLINDA 45

2.5 Phương pháp thực nghiệm 48

2.5.1 Quy trình ghi hình PET/CT 48

2.5.2 Kiểm chuẩn hệ thống ghi hình PET/CT 48

2.5.3 Chuẩn bị bệnh nhân và ghi hình PET/CT 54

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56

3.1 Liều hiệu dụng đối với liều chiếu ngoài 56

3.2 Liều hiệu dụng đối với liều chiếu trong 56

3.2.1 Các số liệu thực nghiệm 56

3.2.2 Liều hiệu dụng từ chương trình OLINDA 62

3.3.1 Liều hiệu dụng đối với liều chiếu ngoài 63

3.2.2 Liều hiệu dụng đối với liều chiếu trong 64

KẾT LUẬN 66

KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ máy quét PET / CT đầu tiên, hình ảnh kết hợp của CT và

PET đƣợc hiển thị trên màn hình

5

Hình 1.3 Sơ đồ minh họa hiện tƣợng hủy cặp positron – electron và cách

bố trí các đầu dò PET thành vòng tròn khép kín để ghi nhận các tia gamma đƣợc sinh ra

10

Hình 2.1 Hệ thống ghi hinh PET/ CT tại Bệnh viện Quân y 103 23

Hình 2.5 Đồ thị liều đặc trƣng cho một lát cắt có bề dày 10mm 32 Hình 2.6 Các mối liên hệ khả dĩ giữa cơ quan nguồn “S” và cơ quan bia

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính cơ bản (chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng

chạy trung bình trong nước, năng lượng trung bình) của một số thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đoán PET/CT)

11

Bảng 1.2 Trọng số W R của một số loại bức xạ ion hóa 15 Bảng 1.3 Trọng số W T của các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể 16 Bảng 1.4 Thời gian bán rã sinh học, Tb của một số nhân phóng xạ 18 Bảng 1.5 Thời gian bán rã hiệu dụng của một số nhân phóng xạ thường gặp

trong y học hạt nhân

18

Bảng 2.1 Thông số và đặc tính của các loại tinh thể 27 Bảng 2.2 Giá trị hệ số chuyển đổi k ứng với các cùng cơ thể theo độ tuổi 34 Bảng 2.3 Giá trị hệ số chuyển đổi EDLP (mSv/mGy.cm) 34 Bảng 2.4 Ký hiệu, đại lượng và đơn vị được sử dụng trong lưu đồ tính toán

của MIRD

35

Bảng 2.5 Tỉ số hấp thụ riêng  (g-1) với các mức năng lượng khác nhau

tương ứng cơ quan nguồn là gan trong mô hình người giả chuẩn

39

Bảng 3.1 Liều hiệu dụng của bệnh nhân khi chụp CT_surview 56 Bảng 3.2 Liều hiệu dụng của bệnh nhân khi chụp CT scan 56 Bảng 3.3 Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 1 57 Bảng 3.4 Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 2 57 Bảng 3.5 Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 3 58 Bảng 3.6 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 1 59 Bảng 3.7 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 2 59 Bảng 3.8 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 3 60 Bảng 3.9 Chu kỳ bán rã hiệu dụng tại các cơ quan của 3 bệnh nhân 60 Bảng 3.10 Chu kỳ bán rã sinh học tại các cơ quan của 3 bệnh nhân 61 Bảng 3.11 Giá trị hoạt độ tích lũy các cơ quan nguồn 61 Bảng 3.12 Thời gian tồn lưu thuốc phóng xạ 62 Bảng 3.13 So sánh liều hiệu dụng của chụp CT trong ghi hình PET/CT tại

Bệnh viện 103 với các nghiên cứu khác

64

Bảng 3.14 So sánh liều hiệu dụng của chụp CT trong ghi hình PET/CT với

chụp CT trong chẩn đoán

64

Bảng 3.15 So sánh liều chiếu trong trong ghi hình PET/CT tại Bệnh viện 103

với các nghiên cứu khác

65

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CTDI CT dose index Liều hấp thụ trên một lát cắt

18

F-FDG Fluoro-DeoxyGlucose Thuốc phóng xạ FDG

GSO Gadolinium OxyorthoSilicate Tinh thể GSO

ICRP International Commission on

Radiological Protection

Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ bức

xạ

LSO Lutetium OxyorthoSilicate Tinh thể LSO

LYSO LutetiumYttrium OxyorthoSilicate Tinh thể LYSO

MIRD Medical Internal Radiation Dose Ủy ban liều bức xạ chiều trong

trong y học OLINDA Organ Level INternal Dose

PMT Photomultiplier tube Ống nhân quang

SPECT Single-Photon Emission Computed

Tomography

Máy chụp cắt lớp bức xạ đơn photon

SUV Standardized Uptake Value Giá trị hấp thu tiêu chuẩn SUV VOI Volume Of interest Thể tích quan tâm

DANH MỤC KÝ HIỆU

A(rS,t) Hoạt độ trong cơ quan nguồn tại thời điểm t

h r ,T Hệ số liều tương đương

rS Cơ quan nguồn (source)

rT Cơ quan bia (target)

Tb Thời gian bán rã sinh học

Te Thời gian bán rã hiệu dụng

TD Thời gian tích luỹ liều

Yi Số bức xạ thứ i trên dịch chuyển hạt nhân

i Năng lượng trung bình của bức xạ thứ i trên dịch

LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật chụp hình PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại và đang được sử dụng phổ biến ở các nước phát triển Từ khi máy chụp cắt lớp bằng bức xạ positron (Pozitron emission tomography) kết hợp máy CT (computed tomography) trên cùng 1 hệ thống, đã mở rộng phạm vi ứng dụng của kỹ thuật chụp hình PET/CT trong việc chẩn đoán hình ảnh, trong Ung bướu và nhiều lĩnh vực khác Nhờ sự kết hợp giữa PET và CT trên cùng một hệ thống, cho phép phát huy

và kết hợp những ưu điểm về hình ảnh thu được từ CT và hình ảnh PET, đồng thời cũng khắc phục một số nhược điểm của mỗi loại thiết bị riêng biệt Chính sự kết hợp PET và CT trên cùng một hệ thống cho ta thông tin về ảnh hình thái cấu trúc cùng với thông tin về chức năng của người bệnh

Kỹ thuật PET cung cấp các thông tin và dữ liệu về chức năng chuyển hóa của khối u, thường xảy ra sớm hơn những biến đổi về cấu trúc, giúp cho bác sỹ lâm sàng chẩn đoán sớm và tốt hơn các bệnh lý như thần kinh, tim mạch và ung thư Tuy nhiên các hình PET không cho hình ảnh rõ nét về cấu trúc giải phẫu như CT và MRI Ảnh y học thu được từ kỹ thuật PET có độ phân giải thấp hơn, không rõ nét

về cấu trúc giải phẫu là do lượng dược chất phóng xạ đưa vào bị hạn chế để sao cho liều chiếu trong mà bệnh nhân nhận được không quá cao Sự kết hợp giữa hai kỹ thuật này đã có được ưu điểm của PET và CT làm cho chất lượng hình ảnh PET/CT được cải thiện rất nhiều so với chụp hình PET đơn thuần trước đây, qua đó cho ta chính xác vị trí giải phẫu và đặc điểm tổn thương của khối u Kỹ thuật PET/CT là một kỹ thuật phát hiện ung thư chính xác nhất hiện nay [4]

Hệ thống PET/CT đầu tiên ra đời năm 1998 và được đưa vào ứng dụng trong chẩn đoán lâm sàng năm 2000 Sự ra đời của PET/CT đánh dấu một bước phát triển quan trọng của y học hiện đại Cho đến hiện nay, cùng với sự phát triển của Khoa học và công nghệ thì hệ thống PET/CT vẫn liên tục được cải tiến Qua đó đã rút ngắn thời gian ghi hình, đồng thời cũng cho những hình ảnh rõ nét và chính xác xác hơn, giúp ích cho các bác sĩ chẩn đoán được sớm, chính xác hơn, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân Bên cạnh ưu điểm đã nêu, về khía cạnh an toàn

bức xạ, chụp hình theo kỹ thuật PET/CT có hạn chế là liều hấp thụ mà bệnh nhân nhận được lớn hơn so với 2 phương pháp riêng biệt Cùng một lúc bệnh nhân vừa phải chịu liều chiếu ngoài do chùm tia X gây ra trong khi chụp hình CT, đồng thời bệnh nhân còn bị chịu liều chiếu trong do các đồng vị phóng xạ được đưa vào cơ thể khi chụp PET Các đồng vị phóng xạ được đưa vào trong cơ thể phục vụ cho chụp hình PET sẽ suy giảm theo thời gian do quá trình phân rã vật lý và đào thải sinh học Tùy theo chu kỳ bán rã hiệu dụng của đồng vị phóng xạ được sử dụng và liều ban đầu đưa vào trong cơ thể bệnh nhân chịu liều tích lũy xác định Việc tính toán liều tích lũy cho bệnh nhân khi chụp PET và PET/CT là cần thiết để đánh giá mức

độ ảnh hưởng của bức xạ tới bệnh nhân Hiện nay tại Khoa Y học hạt nhân bệnh viện 103 được trang bị hệ thống PET/CT, chỉ định chụp chẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân ung thư Mức độ ảnh hưởng tới người bệnh như thế nào là vấn đề cần quan tâm Chính vì vậy trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp của mình, học viên đã

chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp: “Tính toán liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình

PET/CT tại bệnh viện 103”

Mục tiêu chính của Luận văn tìm hiểu phương pháp và tiến hành thực nghiệm tính liều đối với bệnh nhân chụp hình PET/CT nhận được Nội dung chính của bản Luận văn:

(1) Tổng quan về kỹ thuật ghi hình PET/CT và nguyên tắc hoạt động của hệ thống ghi hình PET/CT

(2) Phương pháp tính liều chiếu ngoài trong chụp hình CT

(3) Xác định chu kỳ bán rã hiệu dụng và chu kỳ bán rã sinh học của 18F tại một số cơ quan trong cơ thể người bệnh

(4) Nghiên cứu mô hình tính liều chiếu trong và phương pháp tính liều tích lũy tại các mô dựa vào ảnh PET đối với bệnh nhân

(5) Tiến hành thực nghiệm xác định liều chiếu ngoài và liều chiếu trong trên một số bệnh nhân và liều hiệu dụng cho mỗi bệnh nhân chụp hình PET/CT

Luận văn dài 70 trang, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 3 chương:

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Thiết bị và Phương pháp

Chương 3: Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Kỹ thuật và nguyên lý ghi hình PET/CT

1.1.1 Kỹ thuật ghi hình PET/CT

 Trên thế giới

Máy ghi hình positron đầu tiên đã được phát minh vào những năm đầu của thập niên 1950 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 cuối thập niên 1950, khái niệm chụp hình tái tạo 3 chiều phát xạ (Emission) và truyền qua (Transmision) được giới thiệu bởi David E Kuhl và Roy Edwards [31] Đây được xem là tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo máy ghi hình PET (Positron Emission Tomography) sau này tại Trường Đại học Pensylvania

Vào đầu những năm 1970 lần lượt các thế hệ máy PET ra đời, khởi đầu là máy PET hai mặt phẳng đầu dò tinh thể NaI(TI) cho đến thiết kế hoàn chỉnh tối ưu Hiện tại máy PET với các khối đầu dò bố trí liên tục với nhau tạo thành một vòng tròn đầu dò khép kín Năm 1977, hình ảnh PET đầu tiên đã được thực hiện Tới giữa năm 1980, PET lần đầu được sử dụng như một công cụ chẩn đoán trong lâm sàng Vào năm 1972, máy chụp cắt lớp vi tính hay còn gọi là chụp CT scanner (CT) được phát minh bởi Nhà Vật lý người Anh Godfrey Hounsfield và bác sĩ Allan Cormack Máy CT đầu tiên được đưa vào ứng dụng trong lâm sàng vào năm 1974-

1976, lúc này máy CT chỉ được dùng để chụp sọ não, thời gian chụp một lát cắt mất vài giờ Từ những năm 1980 trở về sau, CT được ứng dụng rộng rãi hơn trong lâm sàng, được áp dụng cho tất cả các bộ phận trong cơ thể, thời gian chụp nhanh hơn

và chất lượng hình ảnh cao hơn [30]

Đến năm 1998, Dr Ron Nutt và Dr David Townsend đã kết hợp thành công hai hệ thống máy PET và CT tạo thành hệ thống máy ghi hình PET/CT 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 [11] Đến năm 2001 máy PET/CT thương mại đầu tiên ra đời Đây là sự kết hợp hai khung máy PET và CT

trong cùng khung chụp, sử dụng chung một giường chụp cho bệnh nhân Bệnh nhân được chụp CT và đồng thời cũng được chụp PET ngay sau đó Kết quả thu được hình ảnh kết hợp giữa PET và CT thể hiện rõ ràng cũng như vị trí của các tổn thương được chính xác hơn so với từng kỹ thuật chụp PET và CT riêng biệt

Hình 1.1 a Sơ đồ máy quét PET / CT đầu tiên b.Hình ảnh kết hợp của CT và

PET được hiển thị trên màn hình [37]

Đến nay hệ thống máy PET/CT ngày càng được cái tiến, chất lượng hình ảnh ngày càng được nâng cao, thời gian chụp ngắn và thiết kế ngày càng tiện lợi Có nhiều nhà cung cấp hệ thống PET/CT trên thế giới như GE, Healthcare, Hitachi Medical, Philips Medical Systems, Siemens Meical Solutions và Tập đoàn Y khoa Toshiba

 Tại Việt Nam

Ở nước ta kỹ thuật ghi hình PET/CT được ứng dụng lâm sàng muộn hơn so với các nước phát triển Máy ghi hình PET/CT đầu tiên của Việt Nam được lắp đặt tại Bệnh viện Chợ Rẫy vào năm 2009 Tính đến nay trên cả nước đã có khoảng 15 máy PET/CT tập trung tại một số thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí

Minh và Đà Nẵng Một số bệnh viện được trang bị máy ghi hình PET/CT là: Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Bệnh viện Quân y 103, Bệnh viện K, Bệnh viện Ung bướu Hà Nội, Bệnh viện Việt Đức, Bệnh viện VINMEC, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Quân y 175 và một số Bệnh viện khác Trong những năm gần đây kỹ thuật chẩn đoán y học bằng máy PET/CT ngày càng chứng tỏ được tính ưu việt của mình trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh và ngày càng có những đóng góp to lớn trong chẩn đoán và điều trị cũng như nghiên cứu y học

1.1.2 Nguyên lý ghi hình PET/CT

Ghi hình PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại Để có được hình ảnh PET/CT, bệnh nhân sẽ được chụp và ghi hình đồng thời bằng kỹ thuật là

kỹ thuật chụp CT và kỹ thuật chụp PET trên cùng một hệ thống PET/CT Hình ảnh

CT và hình ảnh PET sẽ được chuyển đến hệ thống máy tính để xử lý, hiệu chỉnh dữ liệu, tái tạo và chồng ảnh để tạo thành hình ảnh PET/CT Sự kết hợp này giúp chúng

ta sử dụng được những ưu điểm của CT và PET Hình ảnh thu được được từ kỹ thuật PET/CT có chất lượng được cải thiện hơn nhiều so với ảnh thu được từ kỹ thuật CT và PET riêng biệt Ảnh thu được từ kỹ thuật PET/CT chính xác, vị trí tổn thương rõ ràng và sớm hơn so với chụp CT và PET đơn thuần Các bức xạ tia X sử dụng trong chụp cắt lớp CT có năng lượng dưới 150 keV, rất nhỏ so với năng lượng

511 keV được sử dụng trong chụp ảnh kỹ thuật PET Không thể chọn được một detector nào vừa có hiệu suất ghi các photon có năng lượng cỡ dưới 150 keV và hiệu suất ghi cả các photon có năng lượng 511 keV đều cao Chính vì vậy hệ thống đầu dò (hệ thống detector) thu ảnh của hệ PET và hệ CT sẽ khác nhau [5]

 Nguyên lý chụp CT

Trong chụp hình theo kỹ thuật CT, ban đầu chùm bức xạ hãm (tia X) phát ra

từ bóng phóng tia X, được cho đi qua tổ chức hay bộ phận cần thăm khám Với cường độ Io ban đầu phát ra từ ống phóng tia X chiếu tới cơ thể, sau khi đi qua cơ quan được thăm khám và cơ thể cường độ chùm bức xạ bị suy giảm theo quy luật hàm số mũ Chùm tia X sau khi đi qua bộ phận cần chụp mang thông tin cấu trúc

(mật độ mô) về bộ phận mà chùm bức xạ đã đi qua Chùm bức xạ này được ghi nhận bằng hệ thống detector hay còn gọi là hệ thống đầu dò bức xạ, được đặt đối diện với ống phát tia X qua bệnh nhân Bóng phát tia và các detector được thiết kế

để có thể chuyển động quay tròn xung quanh người bệnh tạo ra các CT xoắn ốc Tín hiệu điện thu được từ hệ thống detector từ những góc xung quanh bệnh nhân là dữ liệu dưới dạng thô, mang thông tin về vị trí Các dữ liệu thô này được gửi tới hệ thống xử lý dữ liệu trong hệ thống tạo ảnh Các dữ liệu thô mang thông tin về cơ quan đã đi qua, sau khi được xử lý sẽ thu được ảnh y học Liều bức xạ sử dụng trong chụp CT phải thỏa mãn 2 yêu cầu: đủ nhỏ để bệnh nhân chịu liều chiếu ngoài

đủ thấp và đủ lớn để có thể nhận được ảnh CT rõ nét Với liều chiếu vào bệnh nhân không lớn, để thu được ảnh rõ nét thì hệ detector ghi nhận trong hệ CT phải có hiệu suất ghi cao trong vùng năng lượng tia X được sử dụng

Hình 1.2 Nguyên lý chụp CT

 Nguyên lý ghi hình PET

Cũng giống kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp SPECT, kỹ thuật chụp cắt lớp PET thuộc kỹ thuật ghi hình y học phóng xạ, tạo ra hình ảnh phân bố của các hạt nhân phóng xạ tại bộ phận cần thăm khám Muốn vậy, người ta phải đưa vào cơ thể người bệnh một hợp chất đánh dấu thích hợp, trong đó có gắn đồng vị phóng xạ được gọi

là dược chất phóng xạ Thuốc phóng xạ thường được đưa vào cơ thể bằng cách tiêm tĩnh mạch Để có hình ảnh phân bố của các đồng vị phóng xạ thì các bức xạ hạt nhân phát ra phải đi đến được hệ thống detector ghi nhận nằm trong hệ thiết bị PET

Do các bộ phận cần thăm khám nằm sâu trong cơ thể, nên bức xạ beta hoặc alpha là không thích hợp vì không thể xuyên qua các mô trong cơ thể để đến detector Vì vậy ngoài yêu cầu dược chất phóng xạ được bộ phận thăm khám hấp thu mạnh và

dễ dàng, các đồng vị phóng xạ sau khi phân rã phải phát ra bức xạ gamma hay bức

xạ gamma hủy cặp Trong kỹ thuật chụp cắt lớp PET bức xạ gamma được ghi nhận

là 2 bức xạ gamma hủy cặp, năng lượng 511 keV Hệ detector sẽ ghi nhận trùng phùng (đồng thời) 2 bức xạ gamma hủy cặp được phát ra từ một đồng vị có trong bộ phận thăm khám Tín hiệu điện thu được từ hệ detector cũng được gửi tới hệ thống

xử lý ảnh, để xử lý và tạo ảnh PET Hình ảnh chức năng PET cung cấp những thông tin chuyển hóa các đồng vị đánh dấu Những tế bào, mô tăng chuyển hóa trên hình ảnh PET sẽ cho thấy tổn thương tăng tập trung phóng xạ

Trong ghi hình PET, người ta đưa vào bệnh nhân đồng vị phân rã phóng xạ

β+

nào đó với chất mang thích hợp Sau một thời gian nào đó các dược chất phóng

xạ phân bố tập trung cao hơn tại những mô tăng chuyển hóa, có khả năng hấp thu mạnh các dược chất đưa vào Hạt nhân phân rã β+ là hạt nhân thừa proton, phân rã phát β+

Thực chất trong hạt nhân đó đã có 1 proton biến đổi thành 1 neutron bằng cách phát ra 1 hạt positron và 1 hạt neutrino, theo phương trình phân rã rút gọn sau:

1p 0n1 

Phổ của positron là phổ liên tục, năng lượng của nó biến đổi từ 0 đến năng lượng cực đại bằng năng lượng phân rã β+ [4] Khi sinh ra, positron có động năng

ban đầu xác định, chúng tương tác với các mô ở lân cận điểm sinh ra, và nhanh chóng mất dần năng lượng và cân bằng với chuyển động nhiệt trong cơ thể Khi đó positron sẽ xảy ra hủy cặp với một electron trong cơ thể, kết quả tạo thành 2 bức xạ gamma có năng lượng 511 keV, bay ngược chiều nhau Hai bức xạ gamma 511 keV này được gọi là bức xạ gamma hủy cặp Do quãng chạy của bức xạ positron trong

cơ thể rất nhỏ không quá một vài mm, tùy thuộc vào năng lượng ban đầu được phát

ra Nếu đồng vị phân rã β+ đưa vào cơ thể có năng lượng cực đại càng nhỏ, quãng chạy của nó càng nhỏ Hơn nữa đường đi của positron trong cơ thể là đường khấp khúc Vì vậy, có thể coi như vị trí hủy cặp positron và electron lân cận với vị trí của đồng vị vừa phân rã ra positron Các bức xạ gamma hủy cặp được sinh ra bay ngược chiều nhau sau khi đi qua cơ thể bay tới 2 detector đối diện bao quanh bệnh nhân Khi đó ở lối ra của mỗi đầu đo tương ứng xuất hiện xung điện Các xung điện này được đưa vào bộ trùng phùng, lối ra của bộ trùng phùng xuất hiện xung điện được đưa tới hệ tạo ảnh Dữ liệu mà các đầu dò ghi nhận được gọi là 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 sinogram 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) Với lượng dược chất phóng xạ ban đầu cho vào xác định, để thu được ảnh rõ nét hiệu suất ghi bức xạ hủy cặp 511 keV phải lớn và hệ trùng phùng trong hệ chụp hình PET phải có độ phân giải cao

Hinh 1.3 Sơ đồ minh họa hiện tƣợng hủy cặp positron – electron và cách bố trí các đầu dò PET thành vòng tròn khép kín để ghi nhận các tia gamma hủy cặp đƣợc sinh

ra

Hình 1.4 Nguyên lý ghi hình PET/CT[38]

1.2 Thuốc phóng xạ dùng trong PET/CT

Kỹ thuật ghi hình PET là dựa trên nguyên lý ghi nhận 2 bức xạ gamma hủy được phát ra từ quá trình hủy cặp positron-electron trong cơ quan được thăm khám

vì vậy những thuốc phóng xạ thường được dùng trong kỹ thuật ghi hình PET và PET/CT là những thuốc có chứa các đồng vị phóng xạ phân rã β+ (positron) Một số đồng vị phóng xạ được dùng trong kỹ thuật ghi hình PET/CT được đưa ra trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: Đặc tính cơ bản (chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng chạy trung bình trong nước, năng lượng trung bình) của một số thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đoán PET/CT [4]

Nhân phóng

xạ

Chu kỳ bán rã vật lý (T 1/2 phút)

Xác suất phân rã + (%)

Quãng chạy trung bình trong nước (mm)

Năng lượng trung bình (MeV)

0,6859 0,9736

1,524 1,157

5,6

1,8 2,9

0,55 0,696

Những đồng vị phóng xạ được dùng trong kỹ thuật chụp PET/CT phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

1 Chu kỳ bán rã vật lý và chu kỳ bán rã hiệu dụng ngắn: liều hấp thụ mà bệnh nhân phải chịu tỷ lệ với liều phóng xạ ban đầu đưa vào và tỷ lệ với chu kỳ bán rã hiệu dụng Vì vậy, với lượng chất phóng xạ ban đầu đưa vào xác định, chu kỳ bán

rã hiệu dụng nhỏ thì bệnh nhân chịu liều hấp thụ nhỏ

2 Xác suất phân rã β+ càng lớn càng tốt và năng lượng phân rã β+ nhỏ: Cạnh tranh với quá trình phân rã β+ là quá trình chiếm electron quỹ đạo Với cùng hoạt độ phóng xạ, khi xác suất phân rã β+ càng lớn, số bức xạ gamma hủy phát ra càng nhiều kết quả với hệ đo cho trước, ảnh PET/CT thu được càng rõ nét Khi năng lượng phân rã nhỏ, động năng trung bình của positron phát ra nhỏ, quãng chạy của positron trong cơ quan thăm khám nhỏ, liều hấp thụ gây ra từ 1 phân rã phát ra nhỏ Kết quả liều bệnh nhân phải chịu nhỏ

3 Có sẵn hoặc tương đối dễ sản xuất với độ tinh khiết cao: Do yêu cầu chu kỳ bán rã nhỏ, nên trên thực tế không có đồng vị phân rã β+ dùng trong chụp PET/CT

có sẵn trong tự nhiên Các đồng vị phân rã β+ dùng trong chụp PET/CT đều là đồng

vị phóng xạ nhân tạo

4 Dễ dàng tổng hợp thành thuốc phóng xạ

Từ Bảng 1.1 nhận thấy đồng vị 18F thỏa mãn đồng thời cả 4 yêu cầu trên

Có rất nhiều loại thuốc phóng xạ được chỉ định dùng trong ghi hình PET/CT, tuỳ theo nhu cầu ghi hình, phân tích loại chuyển hóa nào của tế bào Hiện tại ở Việt nam chủ yếu sử dụng thuốc phóng xạ 18F-FDG (FDG) trong ghi hình chẩn đoán các tổn thương

Lợi thế của 18

FDG- PET/CT là có thể phát hiện, phân biệt (bằng hình ảnh định tính và định lượng) các tổn thương ác tính với đặc điểm tăng chuyển hóa và tập trung 18FDG trong tế bào với các quá trình bệnh lý lành tính thường không bắt giữ hoặc bắt giữ 18FDG thấp 18

FDG-PET có thể phát hiện các bất thường về mặt

chuyển hoá trong trường hợp ung thư di căn hạch vùng hoặc di căn xa, các di căn

vào hạch chưa làm biến đổi kích thước hạch 18

FDG-PET còn xác định được kết quả hình ảnh dương tính giả trên cắt lớp vi tính Với những lợi thế như vậy, thuốc

phóng xạ 18FDG-PET/CT được sử dụng trong ghi hình chẩn đoán rất nhiều bệnh lý

ung thư, giúp đánh giá giai đoạn, theo dõi đáp ứng điều trị xạ trị/hoá trị của bệnh

nhân ung thư

1.3 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa

1.3.1 Một số đại lượng đo liều dùng trong y học hạt nhân

 Liều chiếu

Liều chiếu ngoài 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

Liều chiếu trong 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

 Liều hấp thụ

Liều hấp thụ, ký hiệu là D, được xác định theo công thức sau:

d D dm



 (1.1)

trong đó d là lượng năng lượng trung bình bức xạ ion hóa truyền cho khối

vât chất được chiếu xạ có khối lượng dm

Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là gray (Gy) Một Gy tương đương với sự

hấp thụ một Joule năng lượng (J) trên một đơn vị khối lượng (kg) vật chất xác định

Ta có: 1Gy 1 J

kg

 (1.2)

Trước khi chấp nhận các đơn vị theo hệ SI, liều hấp thụ còn được đo bằng đơn

vị Rad Giữa hai đơn vị Rad và Gy có biểu thức liên hệ sau:1 Rad = 10-2 J/kg=10-2

Gy

 Liều tương đương, trọng số bức xạ

Khi đối tượng sinh học hấp thụ cùng liều 1Gy nhưng với các tia bức xạ khác

nhau thì mức độ tổn thương sẽ khác nhau Những biến đổi trong cơ thể sinh vật bị

chiếu xạ không những phụ thuộc vào liều hấp thụ D mà còn phụ thuộc vào bản chất

của chùm tia Tính chất này được đặc trưng bởi hiệu ứng sinh vật tương đối RBE

(Relative biological effectiveness) Giá trị của từng loại tia được xác định bởi tỷ số

giữa liều hấp thụ tia gamma có năng lượng E = 500keV và liều hấp thụ của tia khảo

sát khi cùng gây nên một hiệu ứng sinh học như nhau

D (rad) tia , E = 500keV RBE (tia khảo sát) = (gây cùng hiệu ứng)

D (rad) tia khảo sát

RBE còn được gọi là trọng số bức xạ của chùm tia, ký hiệu là WR

Như vậy, trọng số bức xạ của chùm tia là một đại lượng không có thứ nguyên

Nó giúp ta so sánh được mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ khác nhau Liều hấp

thụ tương đương hay liều tương đương (H) là đại lượng để đánh giá mức độ nguy

hiểm của các loại bức xạ, được xác định theo công thức sau:

R

H  D W (1.3) Trong đó W R là trọng số bức xạ

Đơn vị đo liều tương đương trong hệ SI là Sievert (Sv) Ngoài ra đơn vị đo

liều tương đương còndùng là rem:1Sv = 100rem

Bảng 1.2 bên dưới là trọng số của một số loại bức xạ ion hóa như photon,

electron, neutron, proton, các hạt alpha và một số loại hạt khác ở những mức năng

lượng khác nhau

Bảng 1.2 Trọng số W R của một số loại bức xạ ion hóa [2]

Loại và khoảng năng lượng bức xạ Trọng số phóng xạ, w R

Proton, proton giật lùi > 20 MeV 5

Hạt alpha, mảnh phân hạch, hạt nhân nặng 20

Trên thực tế các mô khác nhau nhạy cảm khác nhau đối với bức xạ Vì vậy để

đánh giá mức độ nguy hiểm của bức xạ gây ra cho toàn cơ thể ta phải tính liều

tương đương cho từng mô Liều tương đương H T R, gây ra bởi một loại bức xạ ion

hóa R trong một cơ quan hoặc tổ chức cơ thể T, được định nghĩa là tích số giữa liều

hấp thụ tại mô đó từ bức xạ R với trọng số bức xạ R:

H D W (1.4)

Nếu bức xạ ban đầu gồm những thành phần bức xạ ion hóa R khác nhau thì

liều tương đương tại mô T nhận được là H T được xác định theo công thức sau:

Trong đó H T là liều tương đương mà mô T nhận được, W T là trọng số của mô

T

Trọng số W T được định nghĩa như tỷ số giữa mức độ nguy hiểm ngẫu nhiên của cơ quan hay tổ chức cơ thể với mức nguy hiểm của cả cơ thể khi bị chiếu xạ đồng đều

Đơn vị đo của liều hiệu dụng theo hệ SI là Sievert (Sv) Ở một số quốc gia còn

sử dụng đơn vị truyền thống là rem, với 1 Sv = 100 rem, hay 1 rem = 10 mSv

Bảng 1.3 Trọng số W Tcủa các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể [29]

Cơ quan ICRP 30

1979

ICRP 60 (1990)

ICRP 103 (2007)

Chu kỳ bán rã hiệu dụng (Te) của một đồng vị phóng xạ trong cơ thể, tức là khoảng thời gian để số hạt nhân phân rã phóng xạ nào đó bị giảm đi một nửa so với

số hạt nhân phóng xạ ban đầu hoặc do phân rã hoặc do bị bài xuất ra khỏi cơ thể

Chu kỳ bán rã vật lý (physical half-life)T pcủa đồng vị phóng xạ là khoảng thời gian hoạt độ của nguồn giảm đi một nửa

ln 2

P p

T



 (1.8)Chu kỳ bán rã vật lý T pvà hằng số phân rã vật lýpkhông phụ thuộc vào bất

kỳ yếu tố nào của môi trường, nó đại diện cho tính chất vật lý của một đồng vị phóng xạ

- Chu kỳ bán rã sinh học

Chu kỳ bán thải sinh học (biological half-life) là thời gian để một cơ quan hay

tổ chức mô đào thải đi một nửa lượng chất phóng xạ mà nó đã hấp thụ Mối liên hệ giữa chu kỳ bán thải sinh học và hằng số phân rã sinh học là:

ln 2

b b

Bảng 1.4 Thời gian bán rã sinh học, Tb của một số nhân phóng xạ [16]

Nhân phóng xạ Thời gian đào thải sinh học T b

Trong đó e hằng số phân rã hiệu dụng

Như vậy chu kỳ bán rã hiệu dụng e ln 2

131

18

1.3.3 Hiệu ứng bức xạ với cơ thể sống

Cơ thể con người bao gồm các cơ quan chức năng khác nhau, trong đó các cơ quan bao gồm các tế bào khác nhau Tế bào là đơn vị cấu trúc của thể Tế bào gồm

nhân tế bào và màng, trong đó nhân tế bào gồm 23 nhiễm sắc thểchứa các phần tử DNA mang thông tin về chức năng và đặc tính di truyền Tế bào phát triển được là nhờ sự phân chia tế bào Khi bức xạ ion hóa tương tác với cơ thể sống chủ yếu gây

ra sự ion hóa các phân tử trong cơ thể, tạo ra các cặp ion có khả năng phá hủy cấu trúc của tế bào Khi liều chiếu lớn có thể làm cho tế bào bị biến đổi hoặc hủy diệt Quá trình tương tác của bức xạ với cơ thể sống được chia thành 2 loại tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp tới DNA của tế bào trong đó tác dụng trực tiếp chỉ đóng góp 20% vào tác dụng chung [5]

Cơ thể con người chủ yếu là nước, trong các mô nước chiếm 80% Dưới tác dụng của bức xạ ion hóa, phân tử nước bị phân li thành H+ và (OH)- Các ion này được tạo thành nhận được năng lượng ban đầu do bức xạ truyền cho, sẽ tiếp tục chuyển động và tương tác với các tế bào Ngoài ra, sau khi tạo thành, sau một vài phản ứng các ion H+ và(OH)- chuyển thành các gốc tự do H * và (OH) * Các gốc

tự do này có 1 electron lẻ và không có cấu hình đòi hỏi của một phân tử bền, chúng

có thời gian sống lâu, và tác dụng trực tiếp tới các phân tử sinh học như protein, Lipid, DNA Kết quả gây ra chúng gây ra các hỏng hóc về cấu trúc và hóa học đối với các phân tử này Các hỏng hóc về cấu trúc và hóa học của các phân tử protein, Lipid, DNA [5] sẽ dẫn tới:

- Sự ngăn cản phân chia tế bào

- Sai sót của nhiễm sắc thể

- Đột biến gen

- Làm chết tế bào

Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong quá trình

xạ trị ung thư Tùy theo liều hấp thụ mà cơ thể nhận được ít hay nhiều các quá trình biến đổi trên có thể hồi phục được hoặc không thể hồi phục được

Hiệu ứng sinh học do bức xạ ion hóa gây ra bao gồm hiệu ứng tất nhiên (khi các cá nhân bị chiếu xạ ở mức liều cao) như nôn, mẩn đỏ da, rụng tóc, hoại tử, tử vong… và hiệu ứng ngẫu nhiên (khi các cá nhân bị chiếu xạ ở mức liều thấp) Hiệu

ứng ngẫu nhiên có tính xác xuất và không có liều ngưỡng, và thường biểu hiện sau khoảng thời gian dài kể từ khi bị chiếu xạ Để giới hạn các hiệu ứng ngẫu nhiên ICRP khuyến cáo giới hạn liều hàng năm cho những nhân viên làm việc với công việc bức xạ và đối với cộng đồng

Giới hạn liều nghề nghiệp đối với nhân viên bức xạ trên 18 tuổi [2]:

- Liều hiệu dụng 20mSv trong một năm được lấy trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau và 50mSv trong một năm đơn lẻ bất kỳ

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 20mSv trong một năm được lấy trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau và 50mSv trong một năm đơn lẻ bất kỳ

- Liều tương đương đối với chân và tay hoặc da 500mSv trong một năm

Giới hạn liều đối với công chúng [2]:

- Liều hiệu dụng 1mSv trong một năm

- Trong những trường hợp đặc biệt, có thể áp dụng giá trị giới hạn liều hiệu dụng cao hơn 1mSv, với điều kiện giá trị liều hiệu dụng lấy trung bình trong 5 năm

kế tiếp nhau không vượt quá 1mSv trong một năm

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt là 15mSv trong một năm

- Liều tương đương đối với da là 50 mSv trong một năm

- Liều bức xạ của người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc thuốc phóng xạ có độ tuổi từ

16 tuổi trở lên không được vượt quá 5 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị.Liều bức xạ của người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc thuốc phóng xạ

có độ tuổi nhỏ hơn 16 tuổi trở lên không được vượt quá 1 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị

1.4 Liều hấp thụ cho bệnh nhân trong chụp PET/CT

Trong ghi hình chẩn đoán bằng PET/CT, người bệnh chịu ảnh hưởng đồng thời liều chiếu ngoài của CT và liều chiếu trong do dùng đồng vị phóng xạ của PET

Do đó, cần thiết phải ứng dụng quy trình chụp thích hợp đối với PET/CT Trong Thông tư liên tịch số 13/2014/TTLT-BKHCN-BYT ngày 09 tháng 6 năm 2014 của

Bộ Khoa học và Công Nghệ - Bộ Y tế quy định về bảo đảm an toàn bức xạ trong Y

tế có quy định về kiểm soát chiếu xạ y tế

Bác sỹ điều trị là người chịu trách nhiệm bảo đảm an toàn bức xạ cho người bệnh, có trách nhiệm chỉ định chẩn đoán, điều trị cho người bệnh bằng bức xạ ion hóa chỉ khi chắc chắn lợi ích đem lại cho người bệnh là đáng kể so với tác hại mà

họ phải chịu Cần có xem xét đặc biệt khi chỉ định chẩn đoán, điều trị bằng bức xạ ion hóa đối với trẻ em, phụ nữ có thai hoặc trong thời gian đang nuôi con dưới 12 tháng tuổi Chỉ định mức chiếu xạ, liều lượng thuốc phóng xạ sử dụng ở mức tối thiểu nhưng đủ để đạt được mục đích khám chữa bệnh trên cơ sở các mức chỉ dẫn trong chiếu xạ y tế

Cơ sở y tế phải tiến hành điều tra, áp dụng các biện pháp khắc phục và lập thành hồ sơ lưu giữ đối với các trường hợp chiếu xạ y tế sự cố gây ra hoặc có nguy

cơ dẫn đến liều chiếu xạ trên người bệnh lớn hơn mức dự kiến

Liều chiếu xạ do chụp CT thay đổi nhiều phụ thuộc vào loại hình chụp, vị trí của cơ thể và mục đích chụp Trong trường hợp PET/CT thì CT chỉ với mục đích đơn giản là định vị vị trí tổn thương cho ghi hình PET (không phải chụp chẩn đoán) Liều xạ do CT trong trường hợp này thấp hơn nhiều (liều hiệu dụng với quét CT toàn thân chỉ khoảng 7mSv) Nếu quét CT toàn thân với độ phân giải cao cho mục đích chẩn đoán thì liều hiệu dụng mà người bệnh phải nhận có thể lên tới 30mSv [31]

Liều hiệu dụng khi chụp PET phụ thuộc hoạt độ phóng xạ FDG được tiêm cho bệnh nhân, thông thường khoảng 8mSv với người lớn dùng liều 400 MBq Do

có hiệu ứng tích lũy nên không chụp quá nhiều lần khi không cần thiết [32]

Năm 2005, tại bệnh viện trường Đại học Kinki Nhật Bản đã lắp đặt thiết bị PET/CT, với detector LSO, liều xạ FDG cho bệnh nhân là 3MBq/kg Liều hiệu dụng đối với bệnh nhân được đánh giá khoảng 10mSv (3 mSv do PET và 7 mSv do CT)[19]

Huang B, Law M.W và cs (2009) có nghiên cứu về liều hấp thụ và nguy cơ ung thư đối với người bệnh được chụp PET/CT Kết quả tính liều hiệu dụng cho 19

cơ quan riêng biệt trong cơ thể và tổng liều hấp thụ do CT là 19,74 mSv và do PET

là 3,89mSv Tác giả cho thấy nguy cơ ung thư sau 20 năm do chụp PET/CT ở nhóm

nữ giới tăng 0,231-0,514%, còn ở nhóm bệnh nhân nam tăng 0,163-0,323% Nghiên cứu đưa ra kết luận là chụp PET/CT toàn thân có nguy cơ tăng liều hấp thụ và nguy

cơ ung thư đối với người bệnh, do đó cần phải có chỉ định đúng, hợp lý và có biện pháp giảm liều [20]

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Thiết bị ghi hình PET/CT

Hình 2.1 Hệ thống ghi hinh PET/ CT tại Bệnh viện Quân y 103 Trong luận văn này học viên sử dụng hệ thống PET/CT TruFlight Select của hãng PHILIPS sản xuất để ghi hình và tính toán số liệu tại bệnh viện Quân y 103 với các thông số kỹ thuật như sau:

- Máy CT [8]

Công suất đầu ra: 60 kW

Các giá trị điện áp hoạt động: 90,120,140 kV

Các giá trị dòng hoạt động : 20-500mA

Độ trữ liệu hiệu dụng: 26 MHU

Độ trữ liệu hiệu dụng Anode 8.0 MHU

Tốc độ làm mát tối đa: 1608 kHU/min

Tiêu điểm (IFS): 0.5mm x 1.0 mm (nhỏ),

Kiểu scan: Xoắn ốc

Thời gian quay 3600: 0.5s ; 0.75s; 1s

Vật liệu tinh thể Detector: LYSO

Cấu trúc detector: dẫn sáng liên tục PIXELAR

Đường kính khoang máy: 70 cm

2.2 Cấu tạo máy ghi hình PET/CT

Cấu tạo của máy ghi hình PET/CT là sự kết hợp của 2 hệ thống đó là hệ thống máy CT và hệ thống máy PET Bao gồm:

dùng để chụp hình PET/CT nó có thể đƣợc dùng nhƣ là một máy CT độc lập Hệ thống máy CT cơ bản có cấu tạo bao gồm:

Hình 2.3 Cấu tạo hệ thống máy CT[39]

2.2.2 Hệ thống máy PET

Cấu tạo chính của hệ thống PET chính là các khối đầu dò nhấp nháy được bố trí thành một vòng tròn trong khoang máy PET Khoang máy PET cũng có đường kính khoảng 70-80 cm tùy vào hãng sản xuất Khoang máy PET/CT tại Bệnh viện quân y 103 là có đường kính 80 cm 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 Đầu dò của

máy ghi hình PET thường là loại đầu dò sử dụng tinh thể nhấp nháy dạng rắn Một

số đặc tính về tinh thể nhấp nháy được liệt kê trong Bảng 2.1

Hình 2.4 Detector trong hệ thống PET/CT

Bảng 2.1: Thông số và đặc tính của các loại tinh thể [16]

Vật liệu

tinh thể

Nguyên

tử số hiệu dụng (Z)

Trọng lượng khối (g/cm3)

Thời gian phân rã nhấp nháy (ns)

Hiệu suất phát sáng (KeV)

Hệ số suy giảm tuyến tính với ngăng lượng 511 KeV(cm-1)

Độ phân giải năng lượng (% tại đỉnh 511 KeV NaI

Tinh thể nhấp nháy sử dụng trong các detector của máy PET phải thỏa mãn mật độ khối lượng và số nguyên tử cao dẫn đến hệ số suy giảm năng lượng cao cần thiết để có hiệu suất ghi các photon 511 keV cao Ngoài ra tinh thể nhấp nháy của PET có thông lượng phát sáng cao, nghĩa là có tỷ số các photon có ích được tạo ra

so với năng lượng photon tới bị mất đi trong tinh thể, dẫn đến độ phân giải năng lượng tốt và đóng vai trò quan trọng trong việc phân biệt sự tán xạ làm giảm sai số thống kê trong giải năng lượng xác định Đồng thời tinh thể nhấp nháy trong máy PET có thời gian tăng của xung lối ra và thời giản suy giảm của xung nhanh Đây là yêu cầu để thu hẹp cửa sổ trùng phùng, tăng độ phân giải của hệ trùng phùng giảm

số đếm trùng phùng ngẫu nhiên gây ra

Một số tinh thể nhấp nháy được sử dụng trong máy PET là Lutetium

OxyorthoSilicate (LSO), LutetiumYttrium OxyorthoSilicate (LYSO), Gadolinium OxyorthoSilicate (GSO) Đây là những tinh thể có khả năng phát sáng cao, hệ số

suy giảm năng lượng cao và đáp ứng nhanh nên khả năng cải thiện chất lượng đếm của detector trong máy PET tốt [2, 4, 5] Máy PET/CT tại Bệnh viện 103 sử dụng đầu do bằng tinh tể nhấp nháy LYSO, nó bao gồm một lượng nhỏ Lu-176, một chất phóng xạ tự nhiên

Đầu dò của máy ghi hình PET tiếp nhận 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 để hình thành tín hiệu điện đủ lớn phục vụ cho việc xử lý và tái tạo ảnh

2.3 Phương pháp tính liều chiếu

Như chúng ta đã biết, tác dụng sinh học của bức xạ được quyết định chủ yếu bởi liều hấp thụ Do đó để đánh giá định lượng tác dụng sinh học trong chẩn đoán

và điều trị bằng bức xạ cần phải xác định được liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân Cho nên việc xác định liều hấp thụ là rất quan trọng Để xác định được liều hấp thụ trong cơ thể bệnh nhân thì không hề đơn giản, đó là cả một quá trình phức tạp và khó khăn Dưới đây bài luận văn sẽ đưa ra việc xác định liều hấp thụ trong cơ thể

bệnh nhân bằng kỹ thuật ghi hình chụp PET/CT

2.3.1 Tính liều chiếu ngoài

Trong chụp CT, chùm bức xạ tia X phát ra từ ống phóng, đi theo hướng chiếu

và chiếu qua cơ quan thăm khám sau đó tiếp tục đi qua cơ thể đến detector ghi nhận Suất liều tại các điểm trong cơ thề mà chùm tia X đi qua nhận được phụ thuộc vào điện áp phát và dòng phát

Để tính toán liều hiệu dụng cho bệnh nhân, chúng ta phải dựa trên các thông

số chụp CT như điện áp, cường độ dòng, chiều dài vùng quét, hệ số pitch, thời gian quét… Các thông số này sẽ phụ thuộc lớn vào kỹ thuật quét được áp dụng Trong chụp CT có hai kỹ thuật quét chính là quét tuần tự và quét xoắn ốc Quét tuần tự là

kỹ thuật thực hiện việc dịch chuyển bàn bệnh nhân sau mỗi lần quét hoàn chỉnh một lát cắt Quét xoắn ốc là kỹ thuật tiến hành đồng thời giữa việc di chuyển bàn bệnh nhân với việc quay nguồn phát tia X

- Điện áp U (kV) nuôi ống phóng càng lớn, năng lượng trung bình chùm tia X phát ra càng cao Dòng ống phóng càng lớn thì số electron bay đến đập vào bia trong 1 đơn vị thời gian càng lớn, thông lượng chùm bức xạ hãm ở lối ra càng tăng Với màn chắn cho trước, suất liều ở lối ra ống phóng tỷ lệ thuận với tích dòng và điện áp Thông thường các máy quét CT thường cung cấp các giá trị điện áp khác nhau khi thực hiện chụp CT Các giá trị điện áp thường được sử dụng từ 50-140 kV Khi điện áp tăng, cả thông năng và khả năng đâm xuyên của chùm tia cũng tăng lên

trong khi độ tương phản của hình ảnh bị giảm xuống Trong ghi hình thông thường,

việc tăng điện áp được áp dụng để giảm thời gian chiếu cho bệnh nhân

- Cường độ dòng ống phóng I, thường được điều chỉnh trong pham vi rộng từ

10mA đến 800mA Liều bức xạ và chất lượng hình ảnh bị ảnh hưởng trực tiếp bởi

cường độ dòng của các ống phát tia X Cường độ dòng càng cao thì liều bức xạ và

chất lượng hình ảnh càng cao

- Hệ số pitch p, là nghịch đảo của hệ số nén được dùng để chỉ mức độ chồng

chập của các lát cắt khác nhau Nó được tính bằng tỉ số của bước dịch chuyển của

bàn TF với bề rộng chùm tia là N.hcol Hệ số pitch được xác định theo công thức:

col

TF p

N h

 (2.1)

Trong đó: TF là bước dịch chuyển của bàn

N là số lát cắt riêng biệt được ghi nhận đồng thời (tương ứng với

số dãy detector của máy)

hcol là bề rộng mỗi lát cắt

Như vậy, đối với kỹ thuật quét tuần tự, giá trị TF được hiểu như là khoảng

trống giữa các vùng ghi nhận, còn đối với quét xoắn ốc thì là quãng đường bàn dịch

chuyển được trong một phép quay 3600 Do đó đối với quét xoắn ốc, giá trị pitch sẽ

ảnh hưởng trực tiếp đến liều bức xạ bệnh nhân nhận được Giá trị pitch tăng thì thời

gian để một điểm trong vùng quét bị chiếu xạ sẽ giảm, do đó liều bức xạ mà bệnh

nhân nhận được cũng giảm

- Chiều dài vùng quét L, là bề rộng vùng cơ thể bệnh nhân được quét trong

chẩn đoán Trong kỹ thuật quét tuần tự, L được xác định bằng tổng bề rộng chùm tia

N.hcol với số lần bàn dịch chuyển, cũng chính là khoảng cách từ lát cắt đầu tiên cho

đến lát cắt cuối cùng Đối với kỹ thuật quét tuần tự chiều dài vùng quét L được xác

định theo công thức sau:

L = N.hcol + n.TF (2.2)