máy X-quang

máy X-quang

LỜI MỞ ĐẦU Vật lý là một ngành khoa học tự nhiên rất thú vị . Vật lý đã có rất nhiều công trình được ứng dụng trong khoa học cũng như đời sống phục vụ trực tiếp nhu cầu của con người như: giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, trong lĩnh vực công nghệ thông tin, truyền thông…Một ứng dụng không thể không nhắc đến của vật lý đó là ứng dụng vật lý trong y học, nó góp phần quan trọng trong việc chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu quả cao. Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU .1 I. Máy X-quang 3 II. Máy CT scan .5 III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography-PET) .8 IV. Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon Emission Computed Tomography - SPECT) 10 V. Dao gamma 13 VI. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính .18 Tài liệu tham khảo 22 Trang 2 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ I. Máy X-quang Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901, và cũng từ đó chúng ta đã có được những bước tiến dài trong lĩnh vực này I.1. Nguyên tắc hoạt động Để tạo ra tia X, trong máy X-quang gồm các bộ phận: Ống tia X là bộ phận phát tia X,bao gồm : cathode, anode, rotor, stator, vỏ bọc kim loại, vỏ bọc tia X. Hình 1: Cấu tạo ống tia X Giữa âm cực (cathode) và dương cực (anode) là một điện thế gia tốc rất lớn từ 20- 300KV, các electron được phát ra từ âm cực đốt nóng và được gia tốc bằng điện trường, chúng sẽ va chạm vào anode với 1 động năng nào đó. Âm cực là 1 dây tóc tungsten có hình lò xo xoắn thẳng đứng là nguồn phát ra các electron. Chén hội tụ xoay quanh tim đèn để làm hội tụ chùm âm điện tử, chén hội tụ thông thường được làm từ Nikel. Trong những bóng đèn X quang hiện đại sẽ gồm 2 tim đèn : 1 tim đèn lớn công suất cao dùng chụp bộ phận lớn, 1 tim đèn nhỏ dùng chụp hình ảnh cần độ phân giải cao. Dương cực chia làm 2 loại : loại quay và loại không quay. Loại không quay gồm 1 bia Tungsten gắn chặt vào 1 khối đồng, nó đóng 2 vai trò là vật mang cực dương và vật tải nhiệt. Nhưng khuyết điểm của loại dương cực không quay là : nó dễ bị ăn mòn và Trang 3 Màn chắn Chân không ống thủy tinh Thiết bị làm lạnh Bia tungsten Thanh đồng Bộ lọc Dây tóc Cổng Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ giới hạn cường độ dòng tia X. Loại không quay được dùng để chụp X-quang ở các cơ quan như hàm, răng, X quang xách tay. Loại quay thì được dùng cho hầu hết các chẩn đoán, cái chính là do tải nhiệt tốt hơn. Vì thế chất lượng tia X sẽ tốt hơn. Bộ phận làm cho dương cực quay chính là Rotor. Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc độ quay từ 3000- 3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất là 9000-10000 vòng/phút. Giá đỡ rotor phải chịu được nhiệt, đây là nguyên nhân làm hỏng ống tia X, dầu thường được dùng làm chất giải nhiệt . Trong chẩn đoán y học để thu nhận được tia X người ta sử dụng phim âm bản chứa trong cassette. Cassette được đặt sau vật cần chiếu, tia X sau khi xuyên qua được vật sẽ đến đập vào phim. Khi rửa phim người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với tia X khi rửa sẽ không bị mất (có màu đen) còn nơi nào không tác dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị trôi (có màu trắng). Chính vì độ xuyên sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp những vật cứng như : xương, răng, không dùng để chụp mô. Hiện nay người ta không dùng phim âm bản bởi vì bất tiện, người ta đã tiến đến sử dụng X-quang kỹ thuật số. Ảnh thu được dưới dạng số, lưu vào máy tính và được chỉnh sửa rất dễ dàng. I.2. Yêu cầu an toàn Do tia X là một bức xạ nên có thể làm tổn thương tế bào, phôi bào, tác hại di truyền, ung thư, . Do đó phải dùng vật chắn tia : nếu không thể tránh xa được tia phóng xạ, phải sử dụng những màn chắn tia, hoặc màng hấp thụ. Đóng kín ngõ ra của tia bằng vật hấp thụ phóng xạ ở tại bóng đèn. Dùng tấm lọc tia phải có bề dày ít nhất từ 1 mm - 2 mm bằng nhôm đặt ở cửa sổ đầu đèn. Điều khiển chống tia để tránh bộ phận sinh dục và dùng tấm chắn cao su chì để bảo vệ bộ phận sinh dục khi chẩn đoán phần bụng của bệnh nhân nam, nữ và cả vùng ngực bệnh nhân. Tường của phòng X-quang phải được tráng barit hoặc chì có bề dày ít nhất là 5cm. Kỹ thuật viên sử dụng máy X-quang cần mặc quần áo bảo hộ, phải chuẩn bị bệnh nhân thật kỹ để tránh cho bệnh nhân phải chẩn đoán lần 2, nên dùng loại phim có lớp nhũ tương độ bắt sáng cao nhất và dùng bìa tăng sáng siêu nhạy. Trang 4 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 + = [...]... hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn quay Hình 16: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ máy VI.3 So sánh máy Cobalt và máy gia tốc o Đối với những khối u nằm rất nông, khi tia xạ của máy Cobalt xuyên qua da vào đến nơi thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với yêu cầu (100% ở độ sâu cách mặt da 0,5 cm) Trường hợp này sẽ được xử lý rất tốt với chùm điện tử của máy gia... an toàn cho bệnh nhân và thầy thuốc VI Máy xạ trị gia tốc tuyến tính VI.1 Nguyên lý hoạt động Máy gia tốc là thiết bị làm tăng tốc các hạt vi mô tích điện như hạt alpha, proton, electron bằng điện hoặc từ trường Máy gia tốc Van de Graaff đầu tiên được lắp đặt vào năm 1931 Tuy vậy loại máy gia tốc Van de Graaff không tạo được chùm điện tử lớn hơn 6MeV Về sau các máy gia tốc thẳng đã được cải tiến và... 50 MeV đường kính đó chỉ là 6 cm Vấn đề này không được lưu ý nhiều trong xạ trị với Co-60 nhưng được coi trọng với máy gia tốc o Máy gia tốc an toàn hơn nhiều vì nó ngừng phát tia khi tắt máy, còn ở máy cobalt thì đồng vị phóng xạ vẫn phân rã liên tục và phát tia khi không còn cần đến o Máy Co-60 đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ Nguồn cũ bỏ ra cần xử lý để đảm bảo an toàn bức xạ Trang... theo hình thái khối u Do đó phạm vi ứng dụng của máy gia tốc đã được mở rộng Vì vậy có thể coi máy gia tốc là một nguồn phóng xạ nhân tạo đặc biệt phát ra đủ các loại tia có cường độ và năng lượng mong muốn Trang 18 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Hình 13: Máy xạ trị gia tốc tuyến tính VI.2 Cấu hình máy gia tốc hiện đại Cấu hình đơn giản và thông... hình đơn giản và thông thường nhất là súng electron và bia tia X thẳng hàng trực tiếp với đường đồng tâm của máy gia tốc để tránh phải dùng hệ thống vận chuyển chùm tia (hình 14) Chùm photon thẳng suốt từ đầu đến cuối được tạo ra Các máy này có mức năng lượng thấp từ 4-6 MeV Hình 14: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có súng phát electron, ống dẫn sóng và bia tia X thẳng hàng Ống dẫn sóng với các mức năng... và lái chùm tia đó theo các hướng Trong xạ trị các máy thường kèm theo bộ lọc phẳng, ống định hướng (collimator), giá đỡ lọc nêm, che chắn bằng chì để tạo hình dạng thích hợp của chùm tia Các collimator có thể chuyển động đối xứng song song hoặc độc lập Máy hiện đại có các collimator nhiều lá (Multi Leaf Collimator: MLC) với sự điều khiển tự động của máy tính Điều này giúp thực hiện tốt hơn kỹ thuật... 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... 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... hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ o Đối với những khối u ở sâu, ví dụ như một khối u nằm giữa phổi, cách bề mặt da trung bình 8 cm, liều xạ của máy Cobalt khi vào đến đây lại quá thấp, chỉ còn 40%, trong khi liều xạ của máy gia tốc có thể đạt 70%, giúp cho việc điều trị đạt hiệu quả tốt hơn o Thực nghiệm cho thấy chùm photon có năng lượng càng lớn thì hiện tượng tán xạ càng ít Do... 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 . 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. hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn quay. Hình 16: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong bệ máy VI.3. So sánh máy