Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Sử dụng bộ thời gian tự động (Autotimer) như là tế bào quang điện bằng ion để
giảm thiểu việc chụp phim lần 2.
Thời gian chụp ảnh không được lâu và bệnh nhân không được chụp ảnh nhiều lần
trong một tháng.
Tia X tác hại trên thai nhi là chuyện đã rõ, tuy nhiên mức độ thế nào là tùy tuổi
thai và liều lượng của tia. Tia X có thể kèm theo nguy cơ ung thư, bệnh bạch cầu cấp và
một số dị tật bẩm sinh cho thai nhi. Theo Ủy ban Kiểm soát về vấn đề hạt nhân của Mỹ,
thai nhi có nguy cơ mắc bệnh ung thư về sau nếu nhiễm liều bức xạ từ 2- 6 rad. Với liều
bức xạ > 5 rad thai nhi có nguy cơ bị dị tật bẩm sinh.
Tùy vào mức độ phơi nhiễm, tia X có thể gây sẩy thai, chậm phát triển thai nhi
hoặc một vài loại ung thư ở giai đoạn sau này. Ở cùng liều bức xạ, mức độ nguy hiểm
nặng, nhẹ tùy giai đoạn tuổi thai (xem bảng 1).
TUẦN TUỔI THAI ẢNH HƯỞNG
0-1 ( tiền làm tổ ) Chết phôi
2-7 ( giai đoạn phát triển cơ quan) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư
8-40 (giai đoạn thai ) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư, trì trệ
Bảng 1: Sự ảnh hưởng của việc chiếu tia X lên thai nhi.
II. Máy CT scan
CT là viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computed Tomography. CT scan có nghĩa là
chụp quét cắt lớp điện toán, thường được gọi tắt là chụp CT hay chụp CT scan. Đây là
phương pháp chẩn đoán hình ảnh sử dụng tia X để tạo nên các bức ảnh về mặt cắt các
bộ phận trên cơ thể.
Trang 5
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
II.1. Nguyên tắc hoạt động
CT cũng dùng tia X nhưng có nhiểu điểm khác biệt và phức tạp hơn X-quang
thông thường. Một chùm tia X được sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể bạn. Ở phía bên
kia, thay vì đặt một tấm phim, người ta dùng các máy thu (detector) để ghi lại tín hiệu
này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh bạn nhưng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một
mặt phẳng để lấy dữ liệu về lát cắt này. Toàn bộ những dữ liệu này gọi là dữ liệu thô
(raw data). Chúng ta không thể hiều được các dữ liệu này. Vì vậy phải dùng tới các
phương pháp toán học để biến đổi các dữ liệu thô thành hình ảnh.
Thay vì dùng một detector để ghi độ suy giảm của một chùm tia hẹp, các máy CT
hiện nay (thế hệ thứ ba và thứ tư) dùng một chùm tia hình rẽ quạt, và dùng nhiều
detector để ghi nhận đồng thời. Do đó máy tính sẽ phải tính toán nhiều hơn, nhưng thời
gian quét sẽ ngắn hơn và hình ảnh thu được có độ tương phản rất cao. Các máy hiện đại
có thời gian quét một vòng chỉ khoảng 5 giây.
Trang 6
Hình 2: Các bộ phận của máy CT.
- ống tia X( X-ray tube).
- ống chuẩn trực (collimator).
- Bộ phận ghi nhận (detectors).
- Màn hình (monitor).
- Máy tính (computer).
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
(a) (b)
Hình 3: Tia X và máy thu quay xung quanh tạo thành các lát cắt.
(a) máy quay xung quanh cơ thể.
(b) Hình 2 lát cắt.
II.2. Hệ thống máy chụp
Trong hình dưới là một hệ máy CT hiện đại. Nó gồm một gantry, một bàn bệnh
nhân và một máy tính.
Hình 4: Một máy CT trên thực tế.
Trang 7
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Gantry là bộ phận trong đó có chứa ống tia X và các detector, đặt đối diện nhau
trên một vòng tròn. Vòng tròn này có thể quay quanh tâm để quét một lớp trên cơ thể
bệnh nhân.
Bàn bệnh nhân có thể chuyển động dọc trục. Sau khi quét xong một lớp, bàn lại
dịch chuyển một đoạn, và một lớp khác được quét.
Tín hiệu điện thu được từ đầu dò được đưa đến máy tính để xử lý. Máy tính sẽ
dùng các thuật toán để tái tạo hình ảnh của phần cơ thể được chụp và hiển thị ảnh lên
màn hình. Máy tính phải rất mạnh để thực hiện tái tạo ảnh song song với quá trình thu
dữ liệu, nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc kết thúc thu tín hiệu và hiển thị ảnh.
II.3. Yêu cầu an toàn
CT scan và các phương pháp sử dụng tia X khác đều cần phải được theo dõi và
kiểm soát một cách chặt chẽ để đảm bảo sử dụng số lượng tia xạ tối thiểu. Nguy cơ sẽ
càng tăng lên khi tiến hành càng nhiều lần chụp.
Trong một số trường hợp, CT scan cũng cần phải được thực hiện nếu có lợi nhiều
hơn so với nguy cơ. Ví dụ trong trường hợp nghi ngờ ung thư mà không tiến hành chụp
CT thì đôi khi còn nguy hiểm hơn.
Chụp CT vùng bụng thì không nên tiến hành trên những phụ nữ đang mang
thai,bởi vì có thể gây hại đến thai nhi. Những phụ nữ mang thai này nên thông báo cho
bác sĩ biết để có thể xem xét sử dụng những phương pháp khác.
III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography-
PET)
III.1. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc nó dựa vào học thuyết phóng xạ, y học hạt nhân. Đầu tiên người bệnh
sẽ được truyền các chất phóng xạ FDG ( thành phần tổng hợp của Glucoza với đồng vị
phóng xạ ), do các khối u là bộ phận hấp thụ nhiều Gluco nhất trong cơ thể, sau một
khoảng thời gian nhất định ( thông thường là 60 phút ) thì nồng độ Glucoza ( tức FDG
ta truyền vào cơ thể người bệnh ) tại các tế bào ung thư là nhiều nhất. Ở đấy, các nguyên
tử phóng xạ phát ra positron (hạt như điện tử nhưng mang điện dương) đi được một
đoạn ngắn thì gặp điện tử vì trong cơ thể có rất nhiều điện tử. Khi một positron gặp một
điện tử thì cặp hạt - phản hạt này hủy nhau và phát ra hai photon đi thẳng, ngược chiều
Trang 8
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
nhau. Các photon này có năng lượng rất lớn, vào cỡ tia gamma nên xuyên qua được cơ
thể, bay thẳng ra ngoài. Nếu bố trí hai detector nhấp nháy ở hai đầu đối diện, hai
detector sẽ thu được đồng thời hai photon do hủy cặp positron - điện tử tạo ra. Chỉ khi
nào có hai photon đồng thời đến hai detector của một cặp đối diện, hai detector mới ghi
nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý.
Nếu có tế bào ung thư trong cơ thể sẽ cho ra các vùng màu đặc trưng phân biệt hẳn
với các mô lành. Như vậy qua các vùng màu này ta có thể xác định đươc chính xác vị
trị, các di căn trong khối u trong cơ thể bệnh nhân rồi từ đó đưa ra các kết quả chẩn
đoán và phương thức điều trị tốt nhất. Còn thành phần FDG trong cơ thể bệnh nhân sau
đó sẽ chuyển hoá hoàn toàn thành phần đường Glucoze hấp thụ vào cơ thể.
Các hạt nhân phóng xạ dùng ở PET phải là những hạt nhân có thời gian sống ngắn,
thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2 phút) và 18F (~110 phút). Do thời
gian sống ngắn nên phải chế tạo các chất phóng xạ tại chỗ gần nơi đặt máy PET. Cách
chế tạo phổ biến là dùng một máy gia tốc điện tử nhỏ bắn phá điện tử năng lượng cao
vào các chất để tạo ra chất phóng xạ.
Hình 5: Hệ thống máy PET
Trang 9
Phản ứng hủy hạt
Tín hiệu trùng phùng
Dữ liệu
Hình ảnh
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Hình 6: Máy PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các
ĐVPX có đời sống ngắn
III.2. Kết hợp PET-CT
Hiện nay để đạt được hiệu quả tốt nhất về hình ảnh chẩn đoán, người ta kết hợp
các loại máy với nhau.
Các xét nghiệm y học hạt nhân thường hướng tới chức năng thành phần, trong khi
CT lại hướng về cấu trúc. Kết hợp kỹ thuật y học hạt nhân với chụp CT trong máy PET
đã nâng cao ưu điểm của cả hai kỹ thuật và mang lại kết quả chẩn đoán chính xác. Sau
khi chụp, hình ảnh chụp CT sẽ được lồng với hình ảnh của PET cho phép các bác sĩ phát
hiện vị trí khối u, vị trí của bất thường với độ chính xác từng milimét. Với những máy
scanner này là thiết bị hình ảnh y tế đầu tiên, cắt lớp từng cơ quan trong cơ thể, cung
cấp rõ ràng và đồng thời cả hai hình ảnh vừa để phục vụ phẫu thuật vừa có thể giúp
chẩn đoán thương tổn và tình trạng chức năng từng cơ quan trong cơ thể, từ đó có thể
đưa ra những phương pháp điều trị tốt hơn và với chi phí thấp hơn.
CT PET PET-CT
Hình 7: Hình ảnh kết hợp PET-CT
IV. Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon
Emission Computed Tomography - SPECT)
SPECT là một kỹ thuật hạt nhân rất hiện đại nhờ vào sự phát triển của máy tính.
Về cơ bản SPECT hoạt động như một gamma camera, tuy nhiên gamma camera này
Trang 10
+
=
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
thực hiện việc ghi ảnh ở nhiều góc độ khác nhau, mỗi góc là một ảnh hai chiều. Tái hợp
các ảnh hai chiều này bằng công cụ máy tính sẽ cho ta ảnh 3 chiều, việc chẩn đoán sẽ có
kết quả tốt hơn rất nhiều so với ảnh 2 chiều.
IV.1. Nguyên lý hoạt động Gamma camera
Gamma Camera có cấu tạo gồm 4 phần chính :
− Ống chuẩn trực Collimator
− Tinh thể phát sáng (scintillation crystal)
− Ống nhân quang ( PM – Photomultiplier tube)
− Bộ phân tích chiều cao xung ( PHA – Pulse height analyzer ).
Mỗi thành phần này sẽ thực hiện một chức năng riêng trong việc chuyển ảnh
gamma thành ảnh ánh sáng và truyền nó tới các thiết bị quan sát thích hợp hoặc tới
phim.
Hình 8: Cấu tạo của Gamma camera
− ống chuẩn trực ( collimator).
− ống nhân quang( photomultiplier tube).
− Mạch khuếch đại (amplifiers).
− Máy xử lý tín hiệu (position decoding circuits).
Trang 11
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ bệnh nhân phát ra và chiếu ảnh Gamma vào bề
mặt tinh thể. Tinh thể phát sáng hấp thụ ảnh gamma và chuyển nó sang ảnh ánh sáng.
Ảnh ánh sáng này có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh trực
tiếp từ trạng thái này. Do đó sẽ phải khuếch đại các chùm ánh sáng này bằng việc cho đi
qua dãy ống nhân quang. Ống nhân quang nằm đằng sau tinh thể phát sáng nhận ánh
sáng này chuyển thành các xung điện và khuếch đại các xung điện này. Sau đó các xung
này sẽ được phân tích và được hiển thị qua bộ phân tích chiều cao xung( PHA ). Nếu
xung nằm trong phạm vi cửa sổ được lựa chọn, nó sẽ truyền qua bộ phân tích chiều cao
xung và được ghi lại trên bộ nhớ máy tính để cho các phân tích quan sát và xử lý sau
này.
IV.2. Nguyên lý hoạt động của SPECT
Trước khi được máy SPECT chụp, bạn được tiêm vào một chất hóa học mà nó có
thể bức xạ được nghĩa là phát ra tia gamma mà SPECT có thể phát hiện được.
Dựa vào nguyên lý của Gamma camera, tạo ảnh 3 chiều. Sử dụng các Gamma
Camera quay vòng xung quanh cơ thể, với mỗi lần dịch chuyển 3-6 độ và mất 15/20 s,
như vậy sẽ quay trong 15-20 phút để quay hết một vòng. Camera thu được hàng loạt ảnh
ở khoảng cách các góc bằng nhau khi nó chuyển động quay. Các detector thường dừng
ở mỗi phần chiếu này trong khi thu nhận dữ liệu bằng cách sử dụng phương thức bước
và nhảy (step and shoot mode). Có thể lựa chọn quay góc 180
0
hoặc 360
0
. Độ nhạy sẽ
tăng lên đáng kể nếu như sử dụng camera có hai hoặc ba đầu ghi ảnh. Thuật toán tái tạo
ảnh giống như đối với máy CT( tomographic recontruction ). Máy tính sẽ thu nhận
những thông tin được phát ra bởi tia gamma và chuyển thành hình ảnh theo những mặt
cắt ngang hai chiều. Những mặt cắt ngang này sau đó được tập hợp lại để tạo thành hình
ảnh ba chiều.
Trang 12
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Hình 9: Hình ảnh hệ thống máy SPECT hai đầu thu trên thực tế
IV.3. Yêu cầu an toàn
Cũng giống như chụp X-Quang và CT, khi chụp SPECT cơ thể chúng ta cũng sẽ
hấp thụ một lượng bức xạ. Tuy nhiên lượng bức xạ này thấp hơn nhiều so với liều lượng
của X-Quang và CT. Những phụ nữ có thai hoặc không nên chụp SPECT.
Trước khi chụp SPECT bạn nên ăn mặc thoải mái và nghỉ ngơi khoảng 1-2 giờ.
Đầu tiên bạn được tiêm vào một lượng nhỏ chất hóa học và được yêu cầu nghỉ
ngơi từ 10 – 20 phút, cho đến khi chất hóa học ngấm vào trong cơ thể. Tiếp sau đó bạn
sẽ được nằm trên một chiếc giường thoải mái; trong khi một chiếc camera đặc biệt quay
xung quanh trên đầu của bạn. Một điều bạn cần phải lưu ý là bạn phải nằm im cho đến
khi nào máy chụp xong hoàn toàn để đảm bảo cho hình ảnh thu được thật chính xác.
Khi chụp xong bạn có thể rời khỏi phòng và đừng quên uống thật nhiều nước để
trôi đi hết lượng chất hóa học còn trong cơ thể bạn.
V. Dao gamma
V.1. Lịch sử phát triển
Năm 1951, Giáo sư về phẫu thuật thần kinh người Thụy Điển Lars Leksell (1907-
1986) đưa ra khái niệm radiosurgey (xạ phẫu) và khái niệm stereotactic (dùng phương
pháp 3D). Ông bắt đầu nghiên cứu chế tạo các thiết bị phẫu thuật bằng tia phóng xạ.
Trang 13
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
1967-1968, kỹ thuật phẫu thuật bằng tia gamma bắt đầu được sử dụng tại Thụy Điển.
Sau đó, công ty Elekta AB của Thụy Điển đăng ký độc quyền thương hiệu Gamma
Knife, độc quyền kiểu dáng và phát triển thành một số model dựa trên thiết kế ban đầu.
Đặc điểm chung của thiết kế này là các nguồn phát tia gamma được giữ yên (static).
Năm 1997, một thế hệ thiết bị mới ra đời, hệ thống này có những đặc điểm khác
với hệ thống của Elekta AB. Thay vì đứng yên, các nguồn phát tia gamma sẽ được quay,
do đó thế hệ thiết bị mới này còn được gọi là Hệ thống gamma xoay (Rotating Gamma
System).
V.2. Cấu tạo dao gamma cổ điển
Hệ thống sử dụng bức xạ gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ Cobalt 60 (Co-60).
Các chùm photon gamma rất mảnh nhưng có khả năng xuyên sâu qua hộp sọ, tổ chức
lành và hội tụ tại một điểm - tổ chức bệnh lý cần phá huỷ.
Dạng thiết bị này có ba bộ phận chính:
-Bộ phận phát chùm tia gamma có 201 nguồn Cobalt-60, tổng liều 6.000Ci. Các
nguồn cobalt được bố trí trên một vật thể có dạng hình cầu và tập trung vào một điểm.
Điều này giúp cho từng tia gamma riêng rẽ sẽ không gây nguy hại, nhưng tại điểm tập
trung, năng lượng tia gamma rất lớn sẽ giúp tiêu diệt khối u.
-Bộ phận định hướng (collimator helmet) gắn liền với bộ phận phát tia gamma. Bộ
phận này có dạng chụp hình cầu cố định, chứa các bao (dụng cụ) định hướng.
-Bộ phận định vị không gian 3 chiều nhằm "điều khiển" tia gamma đi đúng đến
nơi cần hội tụ (tức là nơi cần chữa bệnh).
Trang 14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét