Y Học Hạt Nhân 2005 ống đếm G.M là dụng cụ ghi đo phóng xạ đợc sử dụng rất rộng ri. Có nhiều loại ống đếm G.M với công dụng và tính chất khác nhau nhng nguyên tắc làm việc đều giống nhau. Có hai loại thông dụng là ống đếm khí hữu cơ và ống đếm khí Halogen. a) ống đếm khí hữu cơ: Vỏ ngoài ống đếm hữu cơ thờng bằng thuỷ tinh, hình chuông, đờng kính khoảng 20 mm. Chính giữa có một cực dơng làm bằng sợi Vonfram rất mảnh với đờng kính khoảng 0,1mm. Cực âm là một lá đồng cuộn ở trong lòng ống thủy tinh nối với một sợi Vonfram ra ngoài. Đáy ống làm bằng lá mica mỏng thờng đợc gọi là cửa sổ để cho các bức xạ beta yếu có thể lọt qua. Sau khi hút hết không khí bên trong, ngời ta nạp các khí hữu cơ (hơi rợu Etylic, Benzen, Isopentan v.v ) với áp suất khoảng 1 mmHg và khí trơ (thờng là Argon) áp suất khoảng 9 mmHg. Các khí Halogen nh Brom, Clo v.v đợc bơm vào trong ống thay cho khí hữu cơ ở loại trên. Loại ống đếm Halogen để đo tia beta và gamma. b) ống đếm Halogen: Cực dơng của ống đếm G.M loại Halogen ở giữa cũng là sợi dây Vonfram. Cực âm là một ống thép không gỉ cuộn bên trong hoặc dùng kĩ thuật phun muối SnCl 2 vào mặt trong ống. Các khí hữu cơ hoặc Halogen có tác dụng hấp thụ bớt năng lợng đợc sản sinh ra trong quá trình ion hoá để dập tắt nó, tạo ra các xung điện ngắn. Một yếu tố quan trọng của ống đếm G.M là thời gian chết. Thời gian giữa 2 lần ống đếm có thể ghi nhận đợc gọi là thời gian chết của ống đếm. Nó có ý nghĩa là lúc này nếu có một tia khác lọt vào ống đếm thì sẽ không ghi nhận đợc. Độ dài của nó khoảng 100 ữ 300 às đối với ống đếm G.M. Một đặc trng nữa của ống đếm G.M là hiệu suất đếm. Đó là xác suất để một bức xạ lọt và ống có thể đợc ghi nhận. Hiệu suất đối với tia beta là 100% nhng với tia gamma chỉ khoảng 1%. Sở dĩ thế vì sự ion hoá trực tiếp các phân tử khí của tia gamma rất nhỏ. 1.4. Ghi đo phóng xạ dựa vào đặc tính phát quang của tinh thể và dung dịch Khi hấp thụ năng lợng từ chùm tia phóng xạ, một số tinh thể có khả năng phát quang. Mật độ và năng lợng bức xạ phát ra phụ thuộc vào năng lợng hấp thụ đợc. Do vậy có thể đo đợc năng lợng chùm tia đ truyền cho tinh thể bằng cách đo năng lợng chùm tia thứ phát từ tinh thể đó. Hiện nay tinh thể có đặc tính phát quang thờng dùng là: - Tinh thể muối ZnS phát quang dới tác dụng của tia X, tia gamma. - Tinh thể Antraxen phát quang khi hấp thụ năng lợng từ chùm tia beta. - Dung dịch hỗn hợp PPO (2,5 diphenil oxazol) và POPOP (2,5 phenyloxazol- benzen) hoà tan trong dung môi toluen hay dioxan, phát quang khi hấp thụ năng lợng yếu của các tia beta phát ra từ 3 H và 14 C. Dung dịch này là thành phần chính của kĩ thuật ghi đo đặc biệt gọi là kĩ thuật nhấp nháy lỏng, thờng dùng trong các nghiên cứu y sinh học. - Tinh thể Iodua Natri (NaI) trong đó có trộn lẫn một lợng nhỏ Tali (Tl) hoặc tinh thể KI(Tl), CsI(Tl), LiI v.v có khả năng phát ra một photon thứ cấp (phát quang) khi có Hình2.2: ố ng đếm tỷ lệ Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 bức xạ gamma tác dụng vào đợc dùng trong các thiết bị dựa vào đặc tính phát quang đặc biệt là ống đếm nhấp nháy. Quan trọng nhất trong loại này là tinh thể muối NaI đợc hoạt hoá bằng Tl, phát quang dới tác dụng của tia gamma. Các tinh thể này thờng đợc dùng để tạo ra đầu dò. Số lợng các photon phát quang (thứ cấp) đó tỉ lệ với năng lợng các tinh thể nhấp nháy hấp thụ đợc từ tia tới. Trung bình cứ 30 ữ 50 eV năng lợng hấp thụ đợc sẽ tạo ra một photon phát quang thứ cấp. Nh vậy, một tia gamma có năng lợng khoảng 0,5 MeV đợc hấp thụ sẽ tạo ra khoảng 10 4 photon thứ cấp trong tinh thể. Vì năng lợng của chùm tia phát quang rất yếu nên phải đợc khuyếch đại bằng các ống nhân quang. Nếu các photon huỳnh quang đó đợc tiếp xúc với bản photocatod thì sẽ tạo ra một chùm các điện tử (Hình 2.3). Bộ phận tiếp theo của đầu đếm nhấp nháy là ống nhân quang. ống nhân quang đợc cấu tạo bởi nhiều bản điện cực có điện thế tăng dần để khuếch đại từng bớc vận tốc của chùm điện tử phát ra từ photocatot. Một ống nhân quang có 10 ữ 14 đôi điện cực, có thể khuếch đại vận tốc điện tử lên 10 6 đến 10 9 lần. Tuy vậy đó vẫn chỉ là những xung điện yếu cần phải khuếch đại nữa mới ghi đo đợc. Đầu dò nhấp nháy không những ghi đo đợc cờng độ bức xạ mà còn cho phép ghi đo đợc phổ năng lợng của chất phóng xạ. Muốn đo phổ năng lợng cần có thêm máy phân tích biên độ. Đầu dò nhấp nháy dùng tinh thể vô cơ NaI (Tl) ngày nay đợc dùng rất phổ biến và đạt đợc hiệu suất đo 20% ữ 30% đối với tia gamma và 100% với các hạt vi mô. Thời gian chết của chúng cũng rất ngắn (khoảng vài às). Kĩ thuật ghi đo bằng tinh thể phát quang có hiệu suất lớn, nên ngày càng đợc sử dụng rất rộng ri. Với các kĩ thuật hiện đại, ngời ta có thể tạo đợc các tinh thể nhấp nháy có kích thớc lớn và những hình dạng thích hợp. Từ đó có thể tạo ra các máy móc ghi đo hiện đại sử dụng cho các mục đích khoa học khác nhau. Trong y sinh học có các máy đo bức xạ phát ra từ trong cơ thể, từ toàn thân, từ các phủ tạng sâu kể cả ghi hình hoặc từ các mẫu bệnh phẩm.Trong y học có các loại máy ghi đo nh sau: - Máy ghi đo đối với tia beta, gamma các mẫu bệnh phẩm trong các xét nghiệm in vitro. Có thể đo riêng lẻ, chuyển mẫu bằng tay hoặc chuyển mẫu tự động, hàng loạt. - Hệ ghi đo tĩnh hay động học hoạt độ phóng xạ trong phép đo in vivo để thăm dò chức năng. - Hệ ghi đo chuyên dụng đối với tia gamma trong lâm sàng và nghiên cứu. - Máy xạ hình vạch thẳng (Scintigraphe). - Gamma Camera để ghi đo sự phân bố tĩnh hoặc biến đổi động hoạt độ phóng xạ tại một mô tạng cụ thể. - Gamma Camera toàn thân, chuyên biệt. - Máy chụp cắt lớp bằng đơn quang tử (Single Photon Emision Computered Tomography: SPECT) và chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography: PET). Hình 2.3: ống nhân quang điện tử ( MPT ) Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 2. Các loại máy và kỹ thuật ghi hình Ghi hình là một cách thể hiện kết quả ghi đo phóng xạ. Các xung điện thu nhận từ bức xạ đợc các bộ phận điện tử, quang học, cơ học biến thành các tín hiệu đặc biệt. Từ các tín hiệu đó ta thu đợc bản đồ phân bố mật độ bức xạ tức là sự phân bố DCPX theo không gian của mô, cơ quan khảo sát hay toàn cơ thể. Việc thể hiện bằng hình ảnh (ghi hình) bức xạ phát ra từ các mô, phủ tạng và tổn thơng trong cơ thể bệnh nhân ngày càng tốt hơn nhờ vào các tiến bộ cơ học và điện tử, tin học. Ghi hình phóng xạ là áp dụng kỹ thuật đánh dấu, do đó cần phải có các DCPX thích hợp để đánh dấu các mô tạng trớc khi ghi hình. Có các loại máy ghi hình sau đây: 2.1. Ghi hình nhấp nháy bằng máy vạch thẳng (Scintilation Rectilinear Scanner) Năm 1951, lần đầu tiên B. Cassen đ chế tạo ra máy ghi hình cơ học (Rectilinear Scintigraphe). Trong YHHN thờng dùng các loại máy quét thẳng theo chiều từ trên xuống, trái sang phải và ngợc lại. Ngời ta đ dùng các cách thể hiện trên giấy, trên phim sự phân bố phóng xạ bằng mật độ nét gạch, con số, màu sắc hoặc độ sáng tối khác nhau. Loại này có khả năng phân giải tốt đối với việc ghi hình những cơ quan nhỏ nhng bị hạn chế khi dùng cho các cơ quan lớn. Tuyến giáp đ đợc ghi hình đầu tiên bằng máy này. Nowell đ thiết kế một loại máy có đầu dò với tinh thể nhấp nháy làm bằng NaI(Tl) có kích thớc lớn từ 3,5 ữ 8 inches và chiều dày 1 inch (hình 2.4). Độ phân giải tại tiêu điểm là tốt nhất. Những điểm trên và dới tiêu điểm có khả năng phân giải kém hơn, hình bị mờ. Hình ảnh thu đợc so với cơ quan cần ghi có thể theo tỷ lệ 1:1 hay nhỏ hơn theo vị trí của đầu dò. Scanner vạch thẳng bị hạn chế bởi thời gian ghi hình phải kéo dài. Đây là loại máy ghi hình đơn giản trong YHHN. 2.2. Ghi hình nhấp nháy bằng Gamma Camera (Scintillation Gamma Camera) Ghi hình theo phơng pháp quét thẳng thì phân bố hoạt độ phóng xạ đợc ghi lại theo thứ tự từng phần. Ngợc lại, ghi hình bằng phơng pháp Gamma Camera thì mật Hình 2.4: Máy xạ hình vạch thẳng (Rectilinear Scanner) với Collimator hội tụ và bộ bút ghi theo tín hiệu xung điện tỷ lệ với hoạt độ phóng xạ trên cơ quan cần ghi, kích thớc hình theo tỷ lệ 1:1. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 độ phân bố và các thông số khác đợc ghi lại cùng một lúc. Nó còn đợc gọi là Planar Gamma Camera. Lúc này độ nhạy tại mọi điểm sẽ nh nhau trong toàn bộ trờng nhìn của đầu dò ở cùng thời điểm. Vì vậy, nó ghi lại đợc các quá trình động cũng nh là sự phân bố tĩnh của DCPX trong đối tợng cần ghi hình. Có nhiều loại Camera khác nhau với các u nhợc điểm khác nhau và ngày càng đợc hoàn thiện. 2.2.1. Camera nhấp nháy Anger (Anger Scintillation Camera): Camera nhấp nháy Anger là camera cổ điển, đầu tiên. Loại này vẫn còn đợc áp dụng rộng ri hiện nay ở những nớc còn kém phát triển. Mặc dù các bộ phận quan trọng của máy đ đợc cải tiến nhiều trong những năm gần đây, nhng tên gọi vẫn còn đợc giữ lại để kỷ niệm ngời sáng chế ra nó vào năm 1957 là H.O. Anger. Camera nhấp nháy nh mô tả trong hình 2.5. bao gồm những thành phần chính nh bao định hớng, đầu dò phóng xạ, dòng điện vào bộ phận khuyếch đại và bộ phận biểu diễn hình ghi đợc. Đầu đếm phóng xạ của Camera nhấp nháy cổ điển ban đầu bao gồm một đơn tinh thể NaI(Tl) có đờng kính 25 cm nối với 19 ống nhân quang điện. Các photon từ mô tạng đánh dấu phát ra lọt vào ống định hớng đến tác dụng vào tinh thể nhấp nháy NaI(Tl) sẽ gây ra hiện tợng phát quang. Các photon thứ cấp này sẽ đập vào ống nhân quang. Cờng độ chùm photon đó giảm dần do hiện tợng hấp thụ, phụ thuộc vào cự li của điểm phát sáng đến ống nhân quang. Thông tin đó là cơ sở để xác định vị trí phát ra các tín hiệu (mạch định vị). Tín hiệu từ ống nhân quang lại đợc chuyển vào hệ xử lý (logic system) của đầu dò. Tại đây mỗi tín hiệu đợc phân thành 2 giá trị x và y trên trục toạ độ của một điểm. Dòng điện tổng ở đầu ra gọi là xung điện z, đợc sử dụng để phân biệt mức năng lợng bằng bộ phận phân tích biên độ. Nếu tổng tín hiệu của x và y đủ lớn, vợt qua một ngỡng nhất định sẽ kích thích màn hình và tạo ra một chấm sáng trên dao động ký điện tử (oscyloscope). Thông thờng chấm sáng đó kéo dài khoảng 0,5 giây. Dĩ nhiên tập hợp nhiều điểm sáng (khoảng 500.000 điểm) sẽ tạo ra trên màn hình ảnh của đối tợng quan sát. Ngời ta chụp hình ảnh đó bằng các phim Polaroid cực nhạy. Hình ảnh này cho ta thấy sự phân bố tĩnh cũng nh quá trình động của thuốc phóng xạ di chuyển trong cơ thể. Có một một mâu thuẫn là nếu tăng tốc độ đếm lên thì thời gian chết của máy bị kéo dài nên hiệu suất đếm giảm đi. Độ phân giải không gian của nó cũng kém, vì vậy nó không phù hợp với ghi hình tĩnh có độ phân giải cao. Để khắc phục điều này cần có Collimator với độ phân giải cao và một giá đỡ di động điều khiển bằng máy vi tính tự động. Trong ghi hình bằng Gamma Camera nhấp nháy, các tia phóng xạ xuyên qua tất cả cấu trúc ở phía trớc Camera để tạo thành hình ảnh. Hình ảnh này phản ánh toàn bộ hoạt độ phóng xạ của mô tạng quan sát mà không cho phép xác định theo từng lát cắt. Đó là yếu điểm của các loại Camera đ dùng với các Collimator có tiêu cự. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Y Học Hạt Nhân 2005 Nhờ các tiến bộ của nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác nhau càng về sau càng có nhiều cải tiến để có nhiều loại Camera khác nhau nh : a) Camera có trờng nhìn lớn: Đờng kính tinh thể nhấp nháy là 28 ữ 41cm, có chiều dày 0,64 ữ 1,25 cm. Tiếp sau tinh thể là từ 37 ữ 91 ống nhân quang. Do vậy trờng nhìn đợc mở rộng nên có thể ghi hình đợc các tạng lớn nh phổi, tim, lách đồng thời, thậm chí còn dùng để quan sát sự biến đổi hoạt độ phóng xạ toàn thân. Nhng trờng nhìn rộng kéo theo sự suy giảm độ phân giải. Để cải thiện nhợc điểm đó thờng sử dụng các ống định hớng nhiều lỗ và chụm (hội tụ) để khắc phục. b) Camera di động Để tăng cờng các kỹ thuật chẩn đoán bệnh tim, phổi ngời ta đ tạo ra Camera có trờng nhìn nhỏ khoảng 25 cm, dùng năng lợng bức xạ thấp khoảng 70 ữ 140 keV (thờng dùng 201 Tl và 99m Tc) và dễ di chuyển tới các nơi trong bệnh viện. Vì năng lợng thấp nh vậy nên bao định hớng của đầu đếm Camera đợc làm với chì mỏng hơn, giảm trọng lợng Camera. Trọng lợng loại này chỉ khoảng 550 kg so với 1300 kg của Camera cổ điển. Kích thớc máy do vậy giảm nhiều, chỉ còn khoảng 160 x 83 cm . c) Camera digital có hệ vi xử lí (microprocessor computer system) Hệ thống xử lý phân tích các tín hiệu dựa vào kỹ thuật số (digital) để xác định vị trí xuất phát tín hiệu thu đợc. Kỹ thuật số giúp cho lu giữ và lấy các thông số ra tốt hơn. Bộ phận điều khiển của máy Camera thờng đợc thay thế bằng bảng kiểm định (calibration) hoặc bảng tra tìm cho mỗi vị trí. Hình ảnh trên màn hình là do kết hợp giữa Camera và Computer. Nó không những chỉ thu thập các thông số mà còn làm giảm những tín hiệu nhiễu khác. Những Camera này không những có khả năng ghi hình tĩnh mà còn tiến hành ghi hình động nh hoạt động của tim. 2.3. Ghi hình cắt lớp cổ điển (Tomography) Chụp cắt lớp là ghi hình ảnh phân bố phóng xạ của một lớp vật chất trong mô tạng nào đó của cơ thể. Điều đó có nghĩa là phải dùng các kỹ thuật loại bỏ các tín hiệu ghi nhận từ các tổ chức trên và dới lớp cắt đó. Khởi đầu cũng giống nh trong chụp cắt Hình 2.5 : Sơ đồ khối của Camera nhấp nháy Anger cho thấy những phần chính của hệ thống ghi hình. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . loạt. - Hệ ghi đo tĩnh hay động học hoạt độ phóng xạ trong phép đo in vivo để thăm dò chức năng. - Hệ ghi đo chuyên dụng đối với tia gamma trong lâm sàng và nghiên cứu. - M y xạ hình vạch thẳng. m y ghi đo nh sau: - M y ghi đo đối với tia beta, gamma các mẫu bệnh phẩm trong các xét nghiệm in vitro. Có thể đo riêng lẻ, chuyển mẫu bằng tay hoặc chuyển mẫu tự động, hàng loạt. - Hệ ghi. dụng cho các mục đích khoa học khác nhau. Trong y sinh học có các m y đo bức xạ phát ra từ trong cơ thể, từ toàn thân, từ các phủ tạng sâu kể cả ghi hình hoặc từ các mẫu bệnh phẩm .Trong y học