Bài giảng Cơ chế ghi hình trong Y học hạt nhân

Thể hiện kết quả: xung số đếm, giá trị tổng cộng, đồ thị, hình ảnh scintigram Trang 4 -Hệ ghi đo phóng xạ in vivo1234Nguồncao ápHệ ghi đo phóng xạ Trang 6 Ghi hỡnh nhấp nháy xạ hỡnh cá

C¸c m¸y ghi ®o trong Y häc h¹t nh©n

Ghi đo in vitro (trªn c¸c mÉu bÖnh phÈm)

- M¸y ghi ®o gamma ®a tinh thÓ (Multicrystal Gamma

Counter)

- M¸y chuÈn liÒu (Dose Calibrator)

Ghi đo in vivo (trªn bÖnh nh©n)

- M¸y quÐt th¼ng (Rectiliner Scintigrahy)

- Gamma Camera

- M¸y SPECT vµ SPECT/CT

- M¸y PET vµ PET/CT, PET/MRI

Các bộ phận của hệ ghi đo phóng xạ

1 Đầu đếm (detector): Bộ phận đầu tiên của hệ ghi đo PX

Tuỳ loại tia, mức E, đối tợng đợc đánh dấu phúng xạ, yêu cầu chẩn đoán mà chọn đầu đếm thích hợp

2 Bao định hớng (Coloimator)

3 Khuyếch đại tín hiệu

4 Lọc xung qua đo phổ năng lợng bức xạ (dyscryminator)

5 Thể hiện kết quả: xung (số đếm), giá trị tổng cộng, đồ thị, hình ảnh (scintigram)

-Hệ ghi đo phóng xạ in vivo

Nguồn

cao áp

Hệ ghi đo phóng xạ

1 Đầu đếm 2 Bộ khuyếch đại 3 Phân tích phổ và lọc xung

4 Bộ phận thể hiện kết quả: xung, đồ thị, hình ảnh

SPECT 1 đầu

Xạ hình vạch thẳng (1978)

Gamma camera

(1992) PET/CT

Ghi hỡnh nhấp nháy (xạ hỡnh) các cơ quan

◼ Xạ hình (scintigraphy) là phơng pháp ghi hình ảnh sự phân

bố của thuốc phóng xạ trong các cơ quan, phủ tạng bằng cách đo HTPX của chúng từ bên ngoài cơ thể

◼ Phơng pháp xạ hình đợc tiến hành qua 2 bớc:

- Đa dợc chất phóng xạ (DCPX) vào cơ thể và DCPX đó

phải tập trung đợc ở mô, cơ quan định nghiên cứu và phải

đợc lu giữ ở đó một thời gian đủ dài

- Sự phân bố trong không gian của DCPX sẽ đợc ghi thànhhình ảnh Hình ảnh này đợc gọi là xạ hình đồ, hình ghinhấp nháy (scanogram, scintigram)

◼ Hình ảnh thu đợc là hình ảnh chức năng nhiều hơn là hình ảnh giải phẫu của cơ quan, phủ tạng

Nguyên lý ghi hình nhấp nháy bằng máy vạch

thẳng (Scintilation Rectilinear Scanner)

- Máy quét thẳng theo chiều từ trên xuống dới, từ trái

sang phải Phân bố HĐPX đợc ghi lại từng phần

- Kết quả thể hiện trên giấy hoặc phim sự phân bố htpx bằng mật độ nét gạch, con số, màu sắc…

- Hình ảnh có độ phân giải tốt khi ghi hình các cơ quan nhỏ

- Máy có đầu đếm bằng tinh thể nhấp nháy NaI (Tl) có kt nhỏ (3,5 … 8 inches, dày 1 inche)

- Hình ảnh thu đợc tỷ lệ 1:1 Thời gian ghi kéo dài

Sơ đồ máy ghi hình vạch thẳng (rectiliner

Scintigraph)

Ghi hình nhấp nháy bằng Gamma camera

(Scintillation Gamma Camera)

◼ Ghi hình bằng máy Gamma camera: sự phân bố HĐPX và các thông số khác đợc ghi lại cùng một lúc

◼ ở cùng 1 thời điểm: độ nhạy các điểm trong 1 trờng nhìn của đầu đếm sẽ nh nhau, vì vậy ghi đợc hình ảnh tĩnh và

động

◼ Bức xạ từ cơ quan đánh dấu qua ống định hớng bắn vào

tinh thể NaI(Tl) tạo ra các photon thứ cấp đi vào ống nhân quang

◼ Tín hiệu này đợc chuyển vào hệ xử lý của đầu dò được

phân thành 2 giá trị x,y trên trục toạ độ của 1 điểm Dòng

điện tổng gọi là xung điện z Tổng x,y đủ lớn > ngỡng sẽ tạo

ra 1 chấm sáng kéo dài 0,5s

◼ Tập hợp 500.000 điểm sáng tạo ra hình ảnh cơ quan đánh dấu

Nguyên lý ghi hình bằng máy SPECT

(Single Photon Emission Computerized Tomography

Chụp cắt lớp vi tính bằng bức xạ đơn photon )

- Kỹ thuật SPECT phát triển trên cơ sở của CT- Scanner.

- Trong SPECTcác photon gamma của các đồng vị phóng xạ

đã đợc đa vào cơ thể bệnh nhân dới dạng các DCPX để

đánh dấu đối tợng cần ghi hình

- Các detector (đầu dò) trong máy SPECT đợc quay xoắn với

góc nhìn từ 180360 (1/2 hay toàn vòng tròn cơ thể), đợc chia theo từng bậc ứng với từng góc nhỏ (thông thờng  3)

- Tuy mật độ chùm photon đợc phát ra khá lớn, nhng đầu

dò chỉ ghi nhận đợc từng photon riêng biệt nên đợc gọi

là chụp cắt lớp đơn photon.

- Các tín hiệu (bức xạ) thu nhận từ cơ thể ngời bệnh sẽ

đợc đa vào hệ thống thu nhận d liệu (Data AcquisitionSystem: DAT) để mã hoá và truyền vào PC

- Khi chuyển động quét kết thúc, bộ nhớ đã ghi nhận đợc

một số rất lớn các số đo tơng ứng với các góc khácnhau trong mặt phẳng tơng ứng Các tín hiệu thu đợc làcơ sở để tái tạo hình ảnh

- Mỏy SPECT cú thể chụp toàn thõn (whole body), chụptĩnh (static), chụp động (dynamic), chụp 3 pha, chụpcắt lớp (tomography)

Sơ đồ một máy SPECT 2 đầu (dual head)

Mét sè lo¹i SPECT

Mét sè lo¹i m¸y SPECT :

Máy SPECT 1 đầu tại Trung tâm YHHN &UB, BV Bạch Mai

Máy SPECT 2 đầu tại Trung tâm YHHN &UB, BV Bạch Mai

Các kỹ thuật ghi hình bằng máy SPECT

1 Xạ hình xương Tc-99m-MDP

2 Xạ hình thận chức năng với Tc-99m-DTPA

3 Xạ hình thận hình thể với Tc- 99m-DMSA

4 Xạ hình và đo độ tập trung tại tuyến giáp với I-131

5 Xạ hình toàn thân với I-131

6 Xạ hình tuyến giáp với Tc- 99m

7 Xạ hình tuyến giáp + độ tập trung với Tc- 99m

8 Xạ hình tuyến nước bọt với Tc-99m

9 Xạ hình gan lách với Tc-99m-Phytate

10 Xạ hình gan mật với Tc- 99m-HIDA

11 Xạ hình túi cùng Meckel với Tc- 99m-Pyron

12 Xạ hình dạ dày với Tc- 99m

13 Xạ hình xuất huyết tiêu hóa với T- c99m-Pyron

14 Xạ hình não với Tc- 99m-DTPA

15 Xạ hình tưới máu cơ tim với Tc-99m-MIBI (nghỉ tĩnh)

16 Xạ hình tưới máu cơ tim với Tc- 99m-MIBI (gắng sức)

17 Xạ hình tuyến cận giáp với Tc- 99m-MIBI

18 Xạ hình khối u với Tc-99m-MIBI

19 Xạ hình tưới máu phổi với Tc-99m- MAA

20 Xạ hình tuyến thượng thận với Tc-99m-MIBG…

H×nh ¶nh x¹ h×nh tuyÕn gi¸p b×nh thêng (ghi

víi Tc-99m b»ng m¸y SPECT)

H×nh ¶nh nh©n l¹nh thïy ph¶i tuyÕn gi¸p

(x¹ h×nh víi Tc-99m ghi b»ng m¸y SPECT)

ThËn b×nh thêng

Sái thËn ph¶i

Hình ảnh xạ hình thận bình thường

Thận phải ứ nước

Hình ảnh u máu gan phải của BN nam 49 tuổi

Xạ hình xương của người bình thường trưởng thành

Hình ảnh xạ hình xương của BN nam 72 tuổi

K phổi di căn xương

Hinh anh tới máu cơ tim ngời binh thờng.

Ghi hinh bằng máy SPECT với 99m Tc - MIBI, ở hai pha: Pha gắng sứ

c (stress) và pha nghỉ (rest)

Hinh anh ghi hinh tới máu cơ tim ở bệnh nhân bị hẹp đ ộng mạch vành (> 95%) Không có sự tái tới máu khi nghỉ và khi gắng sức (vị trí mũi tên)

Hinh ảnh tới máu cơ tim ngời binh thờng.

Ghi hinh bằng máy SPECT với 99m Tc - MIBI, ở hai pha: Pha gắng sức

(stress) và pha nghỉ (rest)

Hinh anh ghi hinh tới máu cơ tim ở bệnh nhân bị hẹp

động mạch vành (> 95%) Không có sự tái tới máu khi nghỉ và khi gắng sức (vị trí mũi tên)

Rest Stress

Hinh ảnh tới máu não ngời binh thờng ( ghi hin

h bằng SPECT với 99m ECD) : Hoạt độ ph óng xạ phân bố đồng đ

Tc-ều ở 2 bán cầu não

Hinh ảnh tới máu não, ghi hinh bằng máy SPECT: ngời binh thờn

g (bêntrái), bệnh nhân bị tai biến mạch máu não (ảnh giữa và ph

ải) thể hiện bằng nhiều vùng gỉam hoạt độ phóng xạ

Ischemia after overstenting side branch

SPECT/CT

SPECT/CT trong ghi hinh tíi m¸u c¬ tim

Ghi hình với SPECT/CT

- Gần đây ngời ta đã nghiên cứu tạo ra hệ thống kết hợpmáy SPECT với CT - Scanner (SPECT/CT) tức làghép 2 loại đầu dò trên một máy và dùng chung hệthống ghi nhận lu gĩ số liệu và các kỹ thuật của PC

- Do bệnh nhân đồng thời vừa đợc chụp CT vừa đợcchụp SPECT, nên hệ thống này cho phép ghép chồnghình ảnh của CT và xạ hình SPECT lên nhau

- Sự phối hợp hình ảnh trên đã làm giúp chẩn đoánbệnh ở giai đoạn rất sớm, chính xác, tăng độ nhạy, độ

đặc hiệu của kỹ thuật SPECT/VT nhờ có đợc đồng thờihình ảnh cấu trúc giải phẫu của CT và hình ảnh chứcnăng chuyển hoá của SPECT.

M¸y SPECT - CT

20 mm

5 mm

SPECT CT

Ghi h×nh PET, PET/CT

- Dựa vào hiện tợng huỷ cặp: 1 positron phát ra từ hạt nhân nguyên tử tồn tại rất ngắn, chỉ đi đợc quãng đờng cực ngắn rồi kết hợp với một điện tử tự do tích điện âm trong mô và ở vào một trạng thái kích thích gọi là positronium

- Positronium tồn tại rất ngắn và gần nh ngay lập tức chuyển hoá thành 2 photon có năng lợng 511 keV và phát ra theo 2 chiều ngợc nhau trên cùng một trục với điểm xuất phát (hiện tợng huỷ hạt: annihilation)

- Nếu đặt 2 detector đối diện nguồn phát positron và dùng

mạch trùng phùng (coincidence) có thể ghi nhận 2 photon gamma đồng thời đó Do vậy các đầu đếm nhấp nháy có thể xác định vị trí phát ra positron (của các photon đó)

Nguyên lý chụp cắt lớp bằng bức xạ positron

(Positron Emission Tomography-PET)

- Vị trí đó phải nằm trên đờng nối liền 2 detector đã ghi nhận chúng (là đờng trùng phùng: coincidence line).

gian của đối tợng đã đánh dấu phóng xạ trớc đó.

phát ra từ hiện tợng huỷ hạt của positron và electron, đơn n ăng (511 keV).

tạo ra các lát cắt (slide) hình ảnh nh CT, MRI, vừa có thể cho hình ảnh quét (scan) toàn thân, điều này là đặc biệt quan trọng trong phát hiện khối u, sự tái phát và di c ăn ung th.

Các ĐVPX phát positron sử dụng trong chụp PET

- Ghi hình bằng máy PET phải sử dụng các đồng vị phóng

xạ phát positron

- Các ĐVPX này có thời gian bán rã ngắn nên bên cạnh máy PET phải có máy Cyclotron để sản xuất ĐVPX

- Máy cyclotron cần phải đặt rất gần máy PET hoặc 1

cyclotron phải đặt gần 2 - 3 máy PET

- Việc phân phối, vận chuyển tới nơi sử dụng phải rất nhanh

Máy gia tốc vòng (cyclotron) sản xuất các đồng vị

phóng xạ phát positron

C¸c lo¹i bia (target)

t¹o ra c¸c ĐVPX trong Cyclotron

18 F - -target 1

13 N-target 2

15 O-target 3

(Empty) 4

11 C-target 5

18 F2-target 6

C¸c ĐVPX ph¸t positron sö dông cho m¸y PET/CT

ĐVPX T1/2 (phót) Sản phÈm

Carbon-11 20.5 min 14N(p,a)11C

Nitrogen-13 10.0 min 16O(p,a)13N

Oxygen-15 2.1 min 14N(d,n)15O

Fluorine-18 110 min 18O(p,n)18F (F-)

20Ne(d,a)18F (F2)Gallium-68 68 min Con cña Ge-68 (271 ngµy)

Rubidium-82 1.27 min Con cña Sr-82 (25 ngµy)

… LiÒu bøc x¹ tõ: - FDG PET  29 Sv/MBq;

- CT dose  0.5 … 2 mSv/mAs

- Máy tính lồng ghép hình ảnh PET (h/ả chức năng) và

CT (h/ả cấu trúc giải phẫu) của cơ quan cần chụp

- Hình kết hợp rõ nét và chính xác giúp phát hiện tổn thương còn nhỏ ở mức phân tử trước những thay đổi cấu trúc phát hiện được bằng CT, CHT.

M¸y PET/CT

CT PET

Mô hình PET/CT

Máy PET/CT tại TT YHHN–UB BV Bạch Mai

Ứng dụng của ghi hình PET, PET/CT

- Trong thần kinh học: đánh giá bệnh động kinh, đánh

giá chứng mất trí nhớ (bệnh Alzheimer), chẩn đoán phân biệt sớm bệnh Alzheimer và các chứng mất trí khác.

- Trong tim mạch: ghi hình tưới máu cơ tim và đánh giá

sự sống còn của cơ tim dùng

- Chẩn đoán và xác định vị trí nhiễm trùng, viêm hoạt

hoá và sốt không rõ nguyên phát

- PET và PET/CT đặc biệt có giá trị đối với chuyên

ngành ung thư

Ghi hỡnh khối u bằng PET, PET/CT

(Ghi hỡnh khối u theo nguyên tắc chuyển hoá)

- Ghi hình khối u bằng PET có độ nhạy và độ đặc hiệu cao hơn nhiều so với các phơng pháp chẩn đoán hình ảnh khác,

đặc biệt là khả năng phát hiện các khối u ở giai đoạn rất

sớm khi mà các phơng pháp chẩn đoán khác cha phát hiện thấy

- Là phương pháp ghi hình ở mức độ tế bào và mức độ phân tử

Nguyên lý ghi hình khối u bằng PET, PET/CT

- Nguyên tắc cơ ban của ghi hình khối u bằng PET làcần phải có cơ chế tập trung một cách đặc hiệu dợcchất phóng xạ (DCPX) đã lựa chọn

- DCPX đợc lựa chọn, dựa trên cơ sở khác biệt về sinh

lý học hoặc chuyển hoá gĩa khối u và tổ chức bìnhthờng

- Sự khác biệt bao gồm sự khác biệt về phenotyp (kiểuhình) kháng nguyên bề mặt khối u so với tổ chức bìnhthờng

- Trong đa số các trờng hợp: khối u thờng phát triển rấtnhanh so với tổ chức bình thờng ➔ do đó việc sửdụng các tiền thân (percursor) của DNA (nhthymidine ) trong khối u thờng cao hơn nhiều so với

tổ chức bình thờng➔ dùng 11C – thymidine để ghihình

- Khối u thờng có tốc độ tổng hợp protein cao hơn so với tổ chức lành, do đó việc vận chuyển và kết hợp

nhiều typ amin acid trong tổ chức ung th sẽ tang lên

so với tổ chức bình thờng, nên 11C- methionine và 11C

- tyrosine sẽ tập trung chủ yếu tại khối u

- Các khối u thờng có hiện tợng phân huỷ glucose kị khí và a khí hơn so với các tổ chức bình thờng, do đó các khối u có nhu cầu sử dụng glucose cao hơn tổ

chức bình thờng ➔ Gắn Glucose với 18F (18F -FDG) hoặc 11C (11C-Glucose) sẽ tập trung tại các khối u ác tính nhiều hơn tổ chức lành

Một số biến đổi trong khối u và một số DCPX dùng trong ghi hình bằng PET

Các biến đổi trong khối u Dợc chất phóng xạ (Tracer)

 vận chuyển amino acid /

tổng hợp protêin

11 C - methionine,11C- ACHC,

11 C- Tyrosine

 biểu lộ receptor estrogen 18 F -  - estradiol

 lu gĩ (duy tri) các thuốc hoá

chất dùng cho điều trị

5- 18 F - Fluorouracil; 11 C - daunorubicin

(GLUT-1)

Chất vận chuyển gl ucose Glucose - 6 p

hosphatesse

Cơ chế chuyển hoá của FDG trong tế bào ung th (Tế bào ung th đợc nằm trong ranh giới của hinh vuông, màu đỏ)

Một số đặc điểm của ghi hình khối u bằng PET, PET/CT (tiếp)

- Các thay đổi về chuyển hoá trong các tổ chức ung th ờng xuất hiện trớc các thay đổi về cấu trúc

th Phát hiện các thay đổi về hoá sinh, chuyển hoá trớc các thay đổi về gỉai phẫu là có thể thực hiện đợc

- Nếu sử dụng các chất chuyển hoá trong khối u và đánh dấu chúng bằng các đvpx phát positron, chúng sẽ theo dòng máu và tập trung chủ yếu tại các tổ chức có tế bào ung th và tham gia vào các quá trinh chuyển hoá, tổng hợp, biến đổi trong từng tế bào ung th

Một số đặc điểm của ghi hình khối u bằng PET, PET/CT (tiếp)

- Tại các nơi có tập trung các DCPX kể trên, sẽ có một sự

chênh lệch rõ nét HTPX cao hơn tổ chức lành xungquanh

- Ghi hình bằng PET giúp phát hiện các tế bào ung th ở

chức n ăng hơn là hình ảnh cấu trúc gỉai phẫu của tổ

chức ung th

- PET giúp đánh giá sớm, chính xác các đáp ứng điều trị ung th Các thay đổi này diễn ra sớm hơn và trớc rất

nhiều các thay đổi trong cấu trúc gi ải phẫu

- PET giúp phân biệt một số tổ chức ung th với một chức sẹo xơ, hoại tử Phát hiện các ung th tái phát sớm hơn rất nhiều so với các thay đổi về gi ải phẫu và thể tích

khối u đợc phát hiện bằng X quang, CT, MRI

- PET có thể quét toàn thân (whole body) nên rất có giá trị trong phát hiện các di c ăn ung th.

Một số đặc điểm của ghi hình khối u bằng PET, PET/CT (tiếp)

BN nam 16t, Ung thư vòm

Tổn thương thành sau vòm họng xâm lấn xương

nền sọ, hạch cổ phải, di căn xương

SUV=12,04 SUV=4,14

BN nam, 79t, K dạ dày

U ác tính dạ dày

SUV=5,36

Bệnh nhân nam, 48t, K tụy

Khối u vùng đầu tụy KT 4,9x2,9x3,3cm, tăng hấp thu F-18 FDG max SUV=3,47

Bệnh nhân nam, 75t, UT tuyến tiền liệt

UT tuyÕn tiÒn liÖt KT 4,9x5,1 cm, max

SUV=4,98

BN nam 50t UT phổi di căn hạch

trung thất, di căn xương đa ổ

SUV=5.51 SUV=4.26

BN nam, 48t UT gan TOCE 2 lần và PT đông lạnh

Trước điều trị

Sau điều trị

SUV=7.6 SUV=10.25