GIỚI THIỆU VỀ YHHN I Định nghĩa YHHN Việc ứng dụng bức xạ ion hóa vào y sinh học đã có từ lâu và từng được gọi là y học phóng xạ Nhưng thuật ngữ y học hạt nhân (Nuclear Medicine) mới được Marshall Bru[.]
GIỚI THIỆU VỀ YHHN I Định nghĩa YHHN: Việc ứng dụng xạ ion hóa vào y sinh học có từ lâu gọi y học phóng xạ Nhưng thuật ngữ y học hạt nhân (Nuclear Medicine) Marshall Brucer Oak Ridge (Mỹ) lần dùng đến vào năm 1951 sau thức viết tạp chí Quang tuyến Radium trị liệu Mỹ (The American Journal of Roentgennology and Radium Therapy) Ngày người ta định nghĩa YHHN chuyên ngành y học bao gồm tất trình áp dụng chất đồng vị phóng xạ (radioisotop) chẩn đốn, điều trị nghiên cứu y học (trừ việc dùng nguồn phóng xạ kín vào mục đích điều trị) Việc ứng dụng đồng vị phóng xạ chủ yếu dựa theo hai kỹ thuật kỹ thuật đánh dấu phóng xạ hay điểm phóng xạ (Radioactive Indicator, radiotracer) dùng xạ phát từ đồng vị phóng xạ để tạo hiệu ứng sinh học mong muốn tổ chức sống (kỹ thuật chiếu xạ) II Lịch sử phát triển: - 1896 Becquerel phát minh tượng phóng xạ qua việc phát xạ từ quặng U ran - Marie Curie người dùng chữ ‘’chất phóng xạ- radioactive’’ chồng Pierre Curie đưa khái niệm định luật phóng xạ - 1903 ơng bà Currie nhà vật lý học người Pháp Henri Becquerel nhận giải thưởng Nobel phát minh chất phóng xạ - 1913, George Hevesy thực nghiệm hóa học dùng đvpx để theo dõi phản ứng Từ có nguyên lý Hevesey: chuyển hóa đồng vị nguyên tố tổ chức sinh học giống - 1934 Irena Frederick Curie nhận giải thưởng Nobel hóa học việc phát minh đồng vị phóng xạ nhân tạo (artificial radioisotope)mốc lịch sử vật lý hạt nhân YHHN - 1938 Segre Seaborg tìm đồng vị phóng xạ 99mTc từ 99Mo - 1941 Hamilton dùng I-131để điều trị bệnh tuyến giáp mở đầu việc sử dụng rộng rãi ĐVPX nhân tạo vào điều trị bệnh - 1942 xây dựng lò phản ứng hạt nhân (Reactor) - Năm 1951 B Cassen chế tạo máy ghi hình học (Rectilinear Scintigraphe) - 1958 Hal Anger sản xuất phương tiện ghi hình thuận lợi gọi Planar Gamma Camera - 1976 máy SPECT đời ứng dụng thành tựu máy chụp cắt lớp vi tính CT scan - 1983 Dr Henry Wagner, người tiên phong lĩnh vực YHHN, lần ghi hình máy PET - Song song với phát triển thiết bị ghi hình phóng xạ YHHN tiến kỹ thuật sinh hóa , hóa dược làm xuất nhiều khả gắn ĐVPX vào chất hữu phức tạp, kể kỹ thuật sinh tổng hợp Ngày có nhiều hợp chất hữu với ĐVPX mong muốn để ghi hình điều trị kể enzym, kháng nguyên, kháng thể phức tạp III Nguyên lý bản: Có hai loại hình ảnh chẩn đốn: hình giải phẫu hình chức Hình giải phẫu cung cấp thơng tin xác mặt giải phẫu cấu trúc thể Hình chức cho thơng tin trình sinh lý xảy bên thể Trong chẩn đốn YHHN, hình ảnh thu hình chức Ngun tắc YHHN xác định trình sinh lý theo phương thức khơng xâm lấn Dược chất phóng xạ thuốc phóng xạ dùng chẩn đốn điều trị dạng chất đánh dấu mà khơng có ảnh hưởng đến dược động học thuốc Chất đánh dấu phân bố, chuyển hóa tiết tùy theo cấu trúc hóa học chúng Chức sinh lý thể trình bày dạng hình ảnh, liệu số hay đường biểu diễn hoạt độ phóng xạ theo thời gian Tùy mục đích ghi hình quan nào, chúng gắn với chất hóa học khác có sẵn, thường gọi KIT- chất dùng để gắn với đồng vị phóng xạ IV Tìm hiểu khái niệm YHHN: Đồng vị (isotope): Là nguyên tử có nguyên tử số Z hạt nhân có số nơtron khác số khối A khác Trong thiên nhiên có 20 ngun tố khơng đồng vị gọi nguyên tố đơn hạt nhân Những nguyên tố khác cịn lại có đồng vị đa số dạng bền gọi đồng vị bền Đồng vị phóng xạ (radioisotope) đồng vị có hạt nhân trạng thái không ổn định mặt lượng có khuynh hướng thâu đoạt bớt điện tích giải phóng lượng thừa để đạt trạng thái ổn định Bằng cách đó, đồng vị nguyên tố chuyển thành đồng vị nguyên tố khác; có trường hợp chuyển thành đồng phân (isomer) nguyên tố Những chất đồng vị gọi ĐVPX thiên nhiên, người ta gọi tượng phóng xạ thiên nhiên Đặc điểm chúng hoạt tính phóng xạ yếu, thời gian bán rã dài hàng triệu năm, lượng ít, khơng thoả mãn yêu cầu sử dụng - Đồng vị phóng xạ nhân tạo đồng vị phóng xạ y học người tạo Trong y học, ta thường dùng ĐVPX với hai mục đích khác nhau: Làm chất đánh dấu, hay cịn gọi chất điểm (tracer) sở nghiệm pháp chẩn đoán nghiên cứu y sinh học dùng phương pháp đánh dấu, mục đích ta dùng ĐVPX với lượng tốt, nguyên tắc phải vô hại cho bệnh nhân Làm nguồn phát tia γ hay β; tia tác dụng lên tổ chức tế bào, làm thay đổi chức tế bào hay huỷ diệt tế bào bệnh (thí dụ: ung thư) Trong y học sở điều trị tia phóng xạ - Khi chọn sử dụng ĐVPX ta cần lưu ý: Thời gian bán rã vật lý nguyên tố phóng xạ: thời gian cần đủ dài để mặt kịp chuyển chất đồng vị từ nơi sản xuất đến sở sử dụng, mặt khác đủ cho việc theo dõi nghiệm pháp đo đạc Các ĐVPX thơng dụng chẩn đốn bệnh, có thời gian bán rã khoảng vài ba tuần thí dụ 131I, chất phổ biến YHHN: ngày, 32P : 14,3 ngày Thời gian bán rã hiệu ứng: Khi đưa chất ĐVPX vào thể sống nồng độ thể giảm dần, phân rã phóng xạ loại trừ khỏi thể Nếu cho việc loại trừ nguyên tử nguyên tố thể xảy theo kiểu hàm mũ đưa khái niệm thời gian bán rã sinh học (Tb) Thời gian bán rã sinh học thời gian mà lượng chất đưa vào loại ngồi thể.Như tính nồng độ chất ĐVPX thể sống, thời gian bán rã vật lý(Tp), ta phải xét đến thời gian bán rã sinh học (Tb) dẫn tới khái niệm thời gian bán rã hiệu ứng (T ef) : khoảng thời gian nguyên tử đồng vị phóng xạ đưa vào thể giảm (vừa phân rã vật lý, vừa loại trừ sinh học) Tef = Tp.Tb / (Tp+Tb) Hoạt độ phóng xạ (radioactivity): Hoạt độ phóng xạ phân rã tạm thời nhân phóng xạ Trong trình này, nhân phát tia α, tia ß hay tia điện từ (electromagnetic ray) Hoạt độ A lượng ĐVPX xác định số phân rã hạt nhân diễn đơn vị thời gian: A= λ.N = λN0.e-γt Trong đó: λ= số phân rã N= số nguyên tử diện thời điểm t N0 = số nguyên tử diện thời điểm t Hoạt độ lượng nguyên tố phóng xạ số hạt α hay β phát đơn vị thời gian nhìn chung không số photon γ hay X phát ra; số trung bình xạ γ hay X ứng với phân rã thường khác Đơn vị hoạt độ curi (kí hiệu Ci), hoạt độ lượng nguyên tố phóng xạ có số phân rã giây 3,7 x 1010 - Trong hệ thống đơn vị quốc tế (SI units) đơn vị hoạt độ Becquerel (kí hiệu Bq) Bq = phân rã S-1 Ci = 2.703 x 10-11 Ci = 3,7 x 1010 Bq Phân rã (desintegration): - chuyển hạt nhân nguyên tử đồng vị thành hạt nhân đồng vị khác - Sự phân rã có kèm theo tác dụng phát tia hạt sóng → phân rã phóng xạ (radioactive desintegration) - Trong khoảng thời gian định, số phân rã đặc hiệu cho chất ĐVPX tỷ lệ với số lượng nguyên tử ĐVPX diện với thời gian: dN = - λ Ndt N = N0.e- λt N0 = số nguyên tử phóng xạ diện thời điểm ban đầu (t =0) N = số nguyên tử phóng xạ diện thời điểm t λ = số phân rã - Qui luật phân rã theo thời gian qui luật giảm theo hàm số mũ Khi t = N = N0 Khi t → ∞ N → Thời gian bán rã (half life): - (còn gọi chu kỳ bán rã hay “nữa đời sống” vật lý), ký hiệu Tp Đó khoảng thời gian cần thiết để diễn phân rã số nguyên tử ban đầu - Tp tính theo đơn vị thời gian: giây, phút, giờ, ngày hay năm - Ví dụ Tp 131I ngày - Lượng ĐVPX sau 1Tp: cịn ½ trị số ban đầu sau 2Tp: cịn ¼ trị số ban đầu sau nTp: 1/2n trị số ban đầu III Sản xuất hạt nhân phóng xạ: Hạt nhân phóng xạ xem chất đánh dấu cho phép định lượng trình sinh lý đặc hiệu xảy thể Hạt nhân phóng xạ tạo cách dùng hạt neutron, proton hay alpha… (sub-nuclear particles) bắn phá hạt nhân nguyên tử bền để tạo phản ứng hạt nhân chuyển nhân bền thành nhân không bền Những cách khác để tạo hạt nhân phóng xạ từ nguồn ban đầu lị phản ứng (Reactor-production) máy gia tốc (Accelerator-production) hay từ nguồn gián tiếp máy phát đồng vị hạt nhân gọi bò đồng vị (Radionuclide Generators) Trong nhiều năm người ta dùng lò phản ứng nguồn chủ yếu để sản xuất ĐVPX ngày khoa YHHN người ta dễ dàng tìm thấy máy gia tốc hay máy phát đồng vị nguồn chủ yếu sản xuất ĐVPX Máy gia tốc dùng phổ biến cho sản xuất ĐVPX YHHN cyclotron Nó bao gồm cặp điện cực chì, có hình bán khun, gọi ‘’dees’’ (hình chữ D) hình dáng nó, nằm cực điện trường lớn Hai ‘’dees’’ ngăn cách khoảng hẹp (narrow gap) Nguyên tắc vận hành dùng nguồn từ trường để hướng điện cực di chuyển chuyển động theo hướng bán khuyên máy gia tốc trường điện ghép vào Trường điện ghép vào gia tốc electron ‘’dees’’ diện từ trường Diện bị đảo ngược tần số cyclotron để gia tốc electron quay ngược lại ngang qua ‘’gap’’ Khi proton bắn vào bia (target) Do dùng proton để bắn phá, làm thay đổi nguyên tố làm chúng nằm đường cân Vì phân rã phát tia positron Cyclotron nằm khoa YHHN cho phép dùng đồng vị có thời gian bán rã ngắn, giảm liều cho bệnh nhân Tuy nhiên, giá thành để xây dựng vận hành cyclotron đắt Máy phát đồng vị bao gồm cặp đồng vị phóng xạ mẹ-con chứa thiết bị cho phép phân lập lấy đồng vị phóng xạ dung dịch sinh lý Do tính chất có sẵn dạng generator, phát tia gamma 140 keV đơn lượng, thời gian bán rã lý tưởng giờ, cho phép chuẩn bị chỗ nhiều dược chất phóng xạ Hạt nhân phóng xạ dùng phổ biến YHHN technetium 99m Những đặc điểm bật generator dễ vận chuyển, dễ dàng tách lấy ĐVPX từ ĐVPX mẹ, vô trùng, không lẫn tạo chất hạt nhân phóng xạ ĐVPX mẹ phải có thời gian bán rã hợp lý ĐVPX phải có thời gian bán rã mức lượng gamma lý tưởng điều quan trọng tính chất hóa học ĐVPX cho phép chuẩn bị bệnh viện Một số hạt nhân phóng xạ sản xuất theo phương thức này: ĐVPX mẹ 99 Mo W 188 T1/2 66,02 69,4 ngày Phương thức phân rã ßß- ĐVPX 99m 188 Tc Re T1/2 6,02 16,9 Phương thức phân rã Isomer ß- Sản phẩm sau 99 Tc 188 Os 68 Ge 82 Sr 288 ngày 25 ngày IV EC EC 68 Ga 82 Rb 68,3 phút 1,25 phút ß+, EC ß+, EC 68 Zn Kr 82 Phương thức phân rã: Quan sát bảng ta thấy để đạt đến trạng thái ổn định, hạt nhân phóng xạ phân rã theo nhiều cách khác là: phân rã α, phân rã ß, phân rã positron (ß+), độ đồng phân (isomeric transition -phân rã Ɣ), chuyển đổi nội (IC), thâu đoạt electron (EC) phân hạch hạt nhân Trong ứng dung ghi hình chẩn đốn YHHN, phân rã α phân hạch hạt nhân tương đối quan trọng nên không đề cập Quá độ đồng phân (isometric transition): Sau phản ứng phân rã, hạt nhân thường trạng thái kích thích - trạng thái vững bền (metastable) Điều có nghĩa sau phân rã nhân thừa lượng Năng lượng thừa chuyển thành xạ điện từ gọi tia gamma (Ɣ), thấy ánh sáng tự nhiên vi sóng mức lượng cao Trong trình hạt nhân nguyên tử phân rã cách chuyển lượng đến electron quĩ đạo phát tia Ɣ có lượng xác định để chuyển thành đồng phân (nghĩa có số khối số nguyên tử giống nó) Chất đồng phân vững bền tiếp tục phân rã Tia gamma khơng có khối lượng hay điện tích Nó tương tác với vật chất thông qua va chạm với điện tử lớp nguyên tử Chúng dần lượng vật chất, khoảng đáng kể trước dừng lại Dựa mức lượng ban đầu nó, tia gamma đoạn từ đến hàng trăm mét khơng khí dễ dàng xuyên qua người Tc99m phát tia gamma dùng rộng rãi YHHN Phân rã positron (β+): Trong kiểu phân rã β+, hạt nhân nguyên tử thừa proton, chuyển sang trạng thái ổn định cách chuyển proton thành nơtron kèm theo tượng phát từ hạt nhân nguyên tử electron dương (hạt β+) nơtron Electron dương (hay positron), so với electron, khơng bền; tồn khoảng thời gian ngắn (khoảng 10 -8 giây) Sau kết hợp với electron quĩ đạo đó, để chuyển từ dạng hạt sang dạng sóng điện từ cách làm xuất lượng tử (quanta) xạ γ với lượng 0,51 MeV; lượng tương đương với khối lượng nghỉ mo electron hay positron Sự phát positron hữu ích YHHN hai photon hay lượng tử tạo kiện phân rã hạt nhân Mối quan hệ định hướng xác hai photon hủy diệt (annihilation photon) cho phép ứng dụng kỹ thuật đếm trùng phùng (coincidence counting) Thâu đoạt electron (electron capture; ký hiệu:”EC”): Trong kiểu phân rã này, proton hạt nhân nguyên tử chuyển thành nơtron cách thâu đoạt electron quỹ đạo (K) (đôi quỹ đạo L hay M) Nguyên tố tạo thành có số khối khơng đổi, ngun tử số giảm 1, giống trường hợp phân rã β+ Việc thâu đoạt electron kèm với việc phát tia X đặc hiệu electron quỹ đạo vào chỗ Trong phân rã positron EC có ảnh hưởng lên hạt nhân mẹ Cả hai phương thức phân rã đẳng áp (isobaric decay) làm số nguyên tử giảm Trong số hạt nhân phóng xạ, nguyên tố nhẹ thường xảy phân rã β+ nguyên tố nặng có phân rã theo phương thức thâu đoạt electron EC, nguyên tố nặng, electron quĩ đạo có khuynh hướng gần nhân nên dễ bị bẫy Ví dụ 18F 3% phân rã EC 97% phân rã β+ Khả đâm xuyên hạt mô theo bảng sau: Loại hạt α (điều trị khu trú) ß (điều trị) Ɣ (chẩn đoán) Mức lượng Vài MeV 100KeV - 1MeV 100 – 500 keV Khả đâm xuyên Vài cm Loại mức lượng hạt nhân phóng xạ xác định tiện ích photon cho việc đo đạc ghi hình V Tương tác xạ với vật chất: Tương tác xạ α với vật chất: - Khi hạt α qua môi trường vật chất va chạm với nguyên tử vật chất, truyền lượng cho electron nguyên tử, làm cho electron thoát khỏi nguyên tử trở thành electron tự (mang điện âm) Phần lại nguyên tử trở thành ion dương Đó tượng in hố - Nếu lượng hạt α truyền cho electron thấp giá trị electron khơng bị văng khỏi ngun tử mà bị kích thích lên mức lượng cao Đó tượng kích thích - Bức xạ α có khả gây ion hố cao - Khi truyền mơi trường vật chất (mơi chất) q trình ion hố kích thích, lượng hạt α giảm dần; tốc độ hạt giảm dần cuối dừng lại quãng đường hạt α từ nguồn xạ đến điểm dừng hẳn lại, gọi “tầm” hạt α; ứng với lượng Eα xác định, ta có tầm R xác định Tương tác xạ β với vật chất: a Ion hoá kích thích: - Cũng xạ α, xạ β qua mơi trường vật chất gây tượng ion hố kích tích ngun tử - Khả ion hoá xạ β nhỏ nhiều so với xạ α b Bức xạ hãm: - Khi lượng hạt β đủ lớn (nhiều MeV), đến gần hạt nhân, tác dụng trường tĩnh điện hạt nhân, electron lệch qũi đạo phát photon Các photon tạo thành xạ hãm (bremstrahlung) Bức xạ hãm nguyên lý hoạt động bóng phát tia X - xạ β truyền môi trường vật chất, q trình ion hố q trình tạo xạ hãm cạnh tranh c Hiệu ứng Mallei- Trêrencơp: - Khi hạt β có vận tốc chân không lớn (gần vận tốc ánh sáng chân khơng), vào mơi chất có chiết suất lớn vận tốc hạt lớn vận tốc ánh sáng môi chất Trong trường hợp này, phần lượng electron chuyển thành ánh sáng khả kiến (nhìn thấy) hay tia tử ngoại: ta có tượng phát quang màu xanh - Các trường hợp tương tác kể xạ β với nguyên tử môi chất, tạo hiệu ứng tán xạ (diffusion, scattering) Hiệu ứng lớn chùm β có lượng nhỏ nguyên tử môi chất nặng Hiệu ứng tăng lên với độ dày môi chất Electron sau nhiều lần va chạm văng ngược trở lại Đó tượng tán xạ ngược (retro diffusion), hiệu ứng lớn môi chất kim loại nặng - Chùm tia β phát phân rã phóng xạ khơng phải đơn để chịu hấp thu tuyến tính mơi chất; trái lại, chúng đa (năng lượng hạt β rải từ đến trị số Emax), nên qua tương tác với vật chất, chúng bị hấp thu kiểu hàm mũ: I = I o.e-μd Io = cường độ ban đầu chùm hạt β I = cường độ sau qua mơi chất có bề dày d μ = hệ số hấp thu, có thứ nguyên [cm]-1 Cùng lượng xạ β có tầm lớn nhiều so với xạ α Tầm tỷ lệ nghịch với tỷ trọng môi chất - - - Tương tác xạ γ với vật chất: Bức xạ γ chất, khơng khác tia X có lượng cao hơn, rãi từ nhiều KeV đến nhiều MeV Khi tương tác với môi trường vật chất mà truyền qua, xạ gây nên hiệu ứng sau đây: a Hiệu ứng quang điện: Chủ yếu xạ có lượng từ 0,01 đến 0,1 MeV Photon va chạm với nguyên tử, truyền toàn lượng Eγ = hν cho electron quĩ đạo chuyển thành electron tự gọi quang electron (photoelectron) Quang electron môi trường vật chất, lại bị tán xạ dần lượng b Hiệu ứng Compton: Chủ yếu cho Eγ từ 0,1 đến MeV Trong hiệu ứng Compton, photon lượng Eγ = hν va chạm với electron nguyên tử truyền phần lượng cho electron này, làm electron thoát khỏi nguyên tử (gọi eletron compton); thân photon bị lệch hướng với góc tán xạ q lượng sụt xuống Đối với tổ chức thể, hiệu ứng Compton có vị trí chủ yếu Đối với chì, hiệu ứng Compton chiếm ưu lượng Eγ = 1-3 MeV với nhôm Eγ = 0,1-10MeV c Hiệu ứng vật chất hoá hay tạo cặp: Với Eγ > 1,022MeV Khi Eγ photon tới lớn hai lần lượng ứng với khối lượng nghỉ electron tức lớn 1,022 MeV photon biến thành electron với động Ee - positron với động Ee+ Khi xạ γ truyền qua môi chất, sinh hiệu ứng trên, số photon bị hấp thu dần (hấp thu thực hiệu ứng quang điện hiệu ứng vật chất hoá, hấp thu khuếch tán hiệu ứng Compton) Đối với chùm tia γ song song đơn năng, cường độ xạ I giảm theo hàm mũ đường nó: I = Io.e-μd - Suy ra: I / Io = e-μd - Độ dày d làm cường độ xạ giảm nữa, nghĩa I / Io = ½ gọi lớp hấp thu, kí hiệu d1/2 VI Đường vào dược chất phóng xạ: Bất kỳ phương thức YHHN nào, lượng phóng xạ đưa vào nhỏ khơng ảnh hưởng đến q trình chuyển hóa bình thường Lượng nhỏ gọi chất đánh dấu (tracer) Thông thường liều xạ nhận từ bệnh nhân (liều hiệu dụng) (trong kỹ thuật YHHN) 1-4mSv Điều so sánh với liều hiệu dụng trung bình người nhận từ xạ thiên nhiên 2mSv/ năm Phát xạ phát chứng tỏ có diện phóng xạ phân rã Nếu cần tính hoạt độ phóng xạ mẫu máu hay nước tiểu, ta dùng ĐVPX phát tia ß Ɣ Hạt ß có khả đâm xuyên mô hay nước 10mm tia Ɣ vài cm Nếu cần hình ảnh phân bố phóng xạ thể dùng đồng vị phát tia Ɣ khả đâm xuyên sâu phát chúng từ ngồi thể Đồng vị dùng phổ biến 99mTc có T1/2 phát tia gamma 140keV Nếu muốn kiểm tra chức quan bên thể, lợi dụng chế sinh học tự nhiên khác để đưa phóng xạ vào quan Ví dụ tuyến giáp lợi dụng trình vận chuyển chủ động (active transport) tế bào tuyến giáp nằm cạnh mạch máu để vận chuyển iode ngang qua màng tế bào từ máu vào tế bào cuối vào tuyến giáp Cơ chế khác tắc nghẽn mao mạch (capillary blockage) chế dùng để đưa phóng xạ vào phổi Nếu tiêm phóng xạ vào tĩnh mạch cánh tay, máu có phóng xạ mang trở tim, sau bơm lên phổi để trao đổi oxy CO Nếu hạt phóng xạ có đường kính ≥ 20 microns chúng bị kẹt mao mạch phổi Đây q trình chuyển hóa nghiêm ngặt cuối hạt phóng xạ vỡ thải khỏi phổi Tuy nhiên, tận dụng lúc mao mạch phổi bị tắc nghẽn dùng gamma camera đo phân bố phóng xạ tương ứng với dòng máu đến phổi Sự phân bố thay đổi ngoạn mục có thuyên tắc phổi hay ung thư phổi Cơ chế lợi dụng thứ ba thực bào (phagocytosis) Một chức gan lấy chất keo từ dịng máu Vì đưa phóng xạ gắn kết với chất keo (kích thước ~ 50nm) vào máu, gan chiết xuất chất để tạo nên hình ảnh máy gamma camera Sự định chất đến ngăn giải phẫu (the localization of materials to an anatomical compartment) dùng cho mục đích chẩn đốn Ví dụ trộn phóng xạ với thức ăn, sau đo hoạt độ phóng xạ dày để đánh giá khả co bóp dày, làm trống thức ăn từ dày Khi phát bất thường liên quan làm trống dày trì hỗn Nó hạn chế chất đánh dấu đến ngăn thể máu, huyết tương, dịch ngoại bào hay nước tồn thể Những chất đánh dấu dùng để đo thể tích dịch khoang Một số nguyên tố tự nhiên hóa học có vị trí đặc hiệu thể Ví dụ, thơng thường số ion tồn tế bào (sodium) ion khác tồn tế bào (potassium) Một số nguyên tố gắn kết chủ yếu xương (calcium) Cơ chế đáp ứng cho phân bố tận dụng để đưa phóng xạ đến quan trao đổi khuếch tán (exchange difusion) Ví dụ thallium chất đồng đẳng potassium Sau tiêm, số thallium diện tim phát vùng chức khiếm khuyết nhồi máu đặc biệt thực sau bệnh nhân gắng sức Cuối cùng, chất pyrophotphate đóng vai trị điều hịa q trình vơi hóa xương Lượng phóng xạ gắn pyrophotphate chuyển đến vùng xương dựa lượng máu đến xương tỉ lệ hấp thu phóng xạ từ xương Ghi hình xương dựa trình chuyển hóa quan trọng Nếu lượng máu đến xương hoạt động tế bào xương tăng lượng phóng xạ đến xương nhiều vùng bất thường phát Những bất thường tổn thương xương, ung thư xương hay bệnh Paget nhận xạ hình xương Các đường đưa phóng xạ vào thể: Tiêm tĩnh mạch: - DCPX tiêm vào tĩnh mạch - Ví dụ: Tc-99m MDP xạ hình xương Tiêm da: - DCPX tiêm vào da - Phương pháp dùng ghi hình hệ thống Lympho Tiêm bao hoạt dịch: - DCPX tiêm trực tiếp vào khớp - Ví dụ ghi hình khớp gối dùng Yttrium-90 Dạng hít: - Một số DCPX ĐVPX bệnh nhân hít vào, điển hình đánh giá chức phổi dùng Krypton-81m acrosole chứa Tc-99m Đường tiêu hố: - Có thể đưa DCPX qua đường miệng - Ví dụ Tc-99m cho vào trứng ghi hình dày Tiêm vào khoang nhện: ghi hình dịch não tuỷ VII KỸ THUẬT GHI ĐO BỨC XẠ: Mỗi máy đo xạ hạt nhân có hai phận bản: Bộ phận phát (detector): - Làm nhiệm vụ chuyển tia phóng xạ thành dạng đo đếm (thường xung điện) - Để phát ĐVPX, người ta thường dựa thay đổi hoá lý gây tương tác xạ vật chất: ion hoá, nhấp nháy, hoá học, nhiệt học, xạ thứ phát Các dụng cụ phát dùng YHHN, chủ yếu thuộc loại ion hố chất khí loại dùng chất nhấp nháy Bộ phận đếm:(các thiết bị điện tử kèm với detector): Bộ phận khuếch đại (Amplificator) Bộ phận cắt ngưỡng (Discriminator) Nguồn cao áp cho detector Bộ phận ghi nhận xung Đo thể sống có phương pháp khác thường sử dụng: Đo thời điểm Ghi đồ thị phóng xạ Ghi hình hay rà hình phóng xạ (Scinti scanning) Chụp hình Gamma-camera Chụp hình cắt lớp phát xạ đơn photon (SPECT) Chụp hình cắt lớp phát xạ positron (PET) Đếm phóng xạ tồn thân (whole body counting) Bức xạ phát từ hạt nhân phóng xạ bên thể thường phát dùng máy chụp hình phóng xạ (Gammacamera viết tắt GC.) cho hình ảnh tức quan có tập trung ĐVPX VIII - - - - - - Thiết bị ghi hình: Gamma camera GC: Bức xạ γ thu nhận tinh thể nhấp nháy (scintillation crystal) (12mm) có đường kính lớn (290-400mm) Sau photon phát thu nhận tập hợp ống nhân quang (photomultiplier) (19-37 ống) bố trí thành hình cạnh Bộ phận phát tia γ trạng thái rắn (solid-state ) có sẵn chưa ghi nhận GC dùng bao định hướng chì (lead collimators) để tăng độ phân giải hình ảnh cách giới hạn tia γ không mong muốn Việc dùng bao định hướng (BĐH) tuỳ thuộc vào lượng xạ γ Với tia γ cứng trung bình dùng BĐH 1000 lỗ, với tia γ lượng 250keV dùng BĐH 4000 lỗ Dầu sao, hiệu suất máy chụp hình chấp nhận xạ γ lượng từ 70-700 keV Vượt giới hạn trên, tác dụng định hướng bao chì trở nên khó khăn: cịn thấp giới hạn độ phân giải kém, hình ảnh khơng trung thành Hạt nhân phóng xạ sử dụng phổ biến hình chụp có lượng γ 140 keV, thuận lợi cho việc chụp hình với máy GC GC thường cân độ phân giải không gian chống lại độ nhạy Một GC điển hình có độ phân giải 4-6mm bắt giữ hàng trăm ngàn chuỗi tia gamma giây GC phát vị trí X, Y tia γ, dùng toạ độ để đặt pixel ma trận hình ảnh để xây dựng nên hình ảnh thấy Những đơn vị hình ảnh YHHN thô “counts” hay “kilocounts”, phản ảnh số tia γ phát TrongYHHN, giá trị pixel hình ảnh tích phân chuỗi tia γ vị trí pixel theo thời gian Điều có nghĩa là, pixel xuất sáng số counts phát nhiều vị trí Trong ghi hình tĩnh, pixel nghĩ tích phân vạch (line integral) phân bố hạt nhân phóng xạ đường vng góc kéo dài từ vị trí pixel xun qua thể bệnh nhân Vì hạt nhân phóng xạ YHHN có phổ lượng (energy spectrum) phát tia γ nhất, lương tia γ phát GC chấm sáng số nhấp nháy truyền tới, GC dùng cửa sổ lượng energy winhdows cổng vào để xử lý giới hạn tia γ có mức lượng đặc biệt Một cửa sổ lượng thường đặt đỉnh phổ lượng hạt nhân phóng xạ đặc biệt, phớt lờ tia γ khác mà làm mờ hình ảnh Với máy GC ta theo dõi trình diễn biến nhanh thường gọi chụp hình động (dynamic imaging) Ví dụ theo dõi lúc máu tĩnh mạch tim phải, lúc rời tim phải trở tim trái… SPECT (Chụp hình cắt lớp phát xạ đơn photon có máy tính (single-photon emission computed tomography) Cách chụp thực cách quay GC theo đường tròn quanh bệnh nhân giữ camera song song với trục quay Chụp cắt lớp quay trịn (rotational tomography) mơ tả đầy đủ không gian chiều phân bố chất phóng xạ đưa vào thể bệnh nhân cung cấp đồng thời lát cắt ngang, cắt đứng dọc, cắt đứng ngang (transversal, sagital, and frontal slice) Đọc hình cách xem trực tiếp lát cắt tái nhờ máy tính 10 - So với chụp hình cắt lớp phát xạ positron (PET) SPECT tính định lượng Do thực tế, SPECT sử dụng để chụp hình chức não địi hỏi tính định lượng cao hình, trái lại SPECT phổ biến chụp hình tim, đặc biệt thăm dò tưới máu tim để chẩn đoán vùng thiếu máu nhồi máu tim PET(Chụp hình cắt lớp phát xạ positron (positron emission tomography) - Dùng nguyên tố phóng xạ phát positron tức electron dương Một nguyên tố phóng xạ phát positron thường dùng PET Fluo-18 Kỹ thuật PET thường dùng để định vị nơi khu trú chất đánh dấu ĐVPX phát positron đưa vào thể sống - Nguyên lý: Giả sử hạt nhân phóng xạ phân rã thời điểm nơi thể bệnh nhân phát positron Hạt đường gặp electron nguyên tử xung quanh Hiện tượng huỷ hạt phản hạt xảy cho đồng thời photon đối chiều Hai photon xuyên qua thể đường thẳng đập vào detector bố trí vịng trịn quanh bệnh nhân Chỉ photon tới đồng thời (hoặc gần đồng thời) ghi nhận, người ta gọi “phát trùng phùng” (coincidence detector) Nói cách khác photon đến từ phân rã khác (tức từ vị trí thời điểm khác nhau) không ghi nhận Cặp detector ghi nhận xác định đường thẳng có điểm phát xạ Nhiều phân rã diễn từ vị trí cho ta đường thẳng khác mà giao điểm chúng vị trí phát xạ Các số liệu ghi nhận truyền vào máy tính để xử lý cho ta hình ảnh vùng phát xạ positron - Ở máy chụp positron (positron camera) detector gamma bố trí thành loạt vịng trịn tạo thành ống hình trụ đường kính khoảng 80 cm dài 15cm bao quanh thể bệnh nhân Một máy chụp positron đại bao gồm nhiều chục ngàn detector gamma riêng rẽ Các detector thường dùng chất nhấp nháy BGO (muối Bismith germanate) phát ánh sáng nhận photon gamma tín hiệu ánh sáng khuếch đại nhờ ống nhân quang - Khả phân giải PET 4mm 11 ... y? ??u để sản xuất ĐVPX ng? ?y khoa YHHN người ta dễ dàng tìm th? ?y m? ?y gia tốc hay m? ?y phát đồng vị nguồn chủ y? ??u sản xuất ĐVPX M? ?y gia tốc dùng phổ biến cho sản xuất ĐVPX YHHN cyclotron Nó bao gồm cặp... mà truyền qua, xạ g? ?y nên hiệu ứng sau đ? ?y: a Hiệu ứng quang điện: Chủ y? ??u xạ có lượng từ 0,01 đến 0,1 MeV Photon va chạm với nguyên tử, truyền toàn lượng Eγ = hν cho electron quĩ đạo chuyển thành... niệm YHHN: Đồng vị (isotope): Là nguyên tử có nguyên tử số Z hạt nhân có số nơtron khác số khối A khác Trong thiên nhiên có 20 nguyên tố không đồng vị gọi nguyên tố đơn hạt nhân Những nguyên tố