XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG PHANTOM NEMA BẰNG MÁY SPECT GAMMA CAMERA

XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG PHANTOM NEMA BẰNG MÁY SPECTGAMMA CAMERA Chương này trình bày về: những tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá lên tế bào, khảo sát các cơ sở của phép đo liều và phương pháp tính liều MIRD.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN VĂN PHÚC

XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG

PHANTOM NEMA BẰNG MÁY SPECT/GAMMA CAMERA

1.1 Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa

1.1.1 Cấu tạo tế bào sinh vật

Cơ thể con người và các sinh vật khác cấu tạo từ các cơ quan như tim, phổi, não v.v… Các cơ quan cấu tạo từ các mô như mô mỡ, mô da, mô xương v.v

1

Các mô cấu tạo từ các tế bào Tế bào là đơn vị sống cơ bản Tương tác giữa bức xạ

và cơ thể sống sẽ gây nên những thay đổi trong tế bào, làm chết tế bào hay làm cho chúng hoạt động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng một cách hỗn loạn

và tạo nên ung thư [9], [19]

Về cấu tạo, tế bào gồm một nhân tế bào ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương Bọc quanh bào tương là một màng gọi là màng tế bào Mỗi bộ phận thực hiện những chức năng riêng lẻ

Màng tế bào

Nhân tế bào

Bào tương

Hình 1.1: Mô tả cấu tạo của tế bào

Màng tế bào làm nhiệm vụ trao đổi chất với môi trường ngoài Bào tương là nơi xảy ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản

và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra (dị hóa: catabolism), tổng hợp các phân tử cần thiết cho

tế bào (anabolism) Còn nhân là nơi điều khiển quá trình tổng hợp đó Trong nhân có ADN (deoxyribonucleic acid) là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng

để thực hiện sự tổng hợp các chất Ngoài ra AND cũng chứa những thông tin cần thiết

để điều khiển việc phân chia tế bào

1.1.2 Tương tác của bức xạ khi đi qua môi trường vật chất

Các quá trình xảy ra sau khi bức xạ đi vào cơ thể sống là một chuỗi liên tục, bắt đầu

từ những tương tác vật lý xảy ra trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn (trong khoảng

2

10-16s → 10-13s), đến những quá trình sinh học có thể kéo dài hàng chục năm Các quá trình này có mối quan hệ qua lại, theo một qui luật vừa mang tính chặt chẽ, vừa mang tính thống kê, mà cho đến nay chúng ta vẫn chưa được nhận thức đầy đủ

Khi đi qua môi trường vật chất, bức xạ có thể tương tác với nguyên tử (như một toàn bộ), với một electron của nguyên tử, hoặc với hạt nhân của nguyên tử Thông qua

đó bức xạ truyền năng lượng cho môi trường Trong các ứng dụng y tế, năng lượng bức

xạ truyền cho môi trường chủ yếu gây nên sự ion hóa và sự kích thích Sự ion hóa và kích thích sẽ dẫn đến những tổn thương của tế bào Các tổn thương này càng nhiều và càng nghiêm trọng nếu lượng năng lượng mà bức xạ bỏ ra trong tế bào càng lớn Do

đó, tác dụng sinh học của bức xạ được đo bằng lượng năng lượng bức xạ bỏ ra trong một đơn vị khối lượng môi trường Đại lượng này được gọi là liều hấp thụ

Tác dụng sinh học chính của bức xạ là sự phá huỷ phân tử ADN của tế bào Vì vậy, các phân tử ADN có thể bị ion hóa trực tiếp khi bức xạ đi ngang qua nó (tác dụng trực tiếp) Ngoài ra phân tử ADN cũng có thể chịu tác dụng gián tiếp, khi bức xạ làm ion hóa các phân tử nước trong vùng lân cận nó

3

Hình 1.2: Tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp của bức xạ ion hoá

Để tạo ra một cặp ion, trung bình bức xạ phải bỏ ra khoảng 30 eV Giá trị này được gọi là năng lượng ion hóa trung bình, ký hiệu ε Trong các nguyên tử, phân tử riêng lẻ, năng lượng liên kết trung bình của các electron hóa trị là 15 eV Như vậy năng lượng ion hóa trung bình có giá trị lớn gấp hai lần năng lượng cần thiết để ion hóa nguyên tử Phần năng lượng còn lại (khoảng 15 eV) không dùng để gây ion hóa, có thể dùng để kích thích nguyên tử hay làm bẻ gãy liên kết phân tử

Trong khi đó những bức xạ ion hóa thường gặp trong y tế là photon (tia X hay tia gamma) và electron, có năng lượng từ hàng chục keV (trong X quang chẩn đoán) đến hàng chục MeV (trong xạ trị) Với năng lượng này, chúng có thể gây rất nhiều cặp ion hóa trên đường đi của mình Điều này sẽ giải thích vì sao một lượng nhỏ năng lượng được hấp thụ bởi bức xạ ion hoá lại có thể gây nên tác hại rất lớn so với những tác nhân khác

4

1.2 Cơ sở của phép đo liều

Trong các ứng dụng trong y tế, người ta thường quan tâm đến tác dụng sinh học của bức xạ Những nghiên cứu sinh học bức xạ cho thấy tác dụng sinh học này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng yếu tố quan trọng nhất là lượng năng lượng mà bức xạ bỏ ra trong một đơn vị vật chất Đại lượng này được gọi là liều hấp thụ Liều hấp thụ có giá trị tùy thuộc loại bức xạ, năng lượng của nó, thời gian chiếu cũng như các tính chất của vật được chiếu

Việc xác định sự phân bố hoạt độ của dược chất phóng xạ tập trung tại các cơ quan

là yếu tố rất quan trọng giúp chúng ta tiến hành tính liều hấp thụ tại các cơ quan đó một cách chính xác và đảm bảo tránh những tổn thương không mong muốn lên những cơ quan lành trong giới hạn cho phép

Trong phần này chúng ta sẽ định nghĩa những đại lượng có liên quan phục vụ cho việc đo và tính liều

1.2.1 Thông lượng hạt (fluence)

Xét một điểm M trong không gian tại đó có bức xạ truyền qua Ta lấy một hình cầu

có tiết diện ΔS có tâm tại M Gọi ΔN là số hạt đi vào hình cầu đó trong một khoảng thời gian Δt nào đó

Theo định nghĩa, tỉ số ϕ = ΔN/ΔS được gọi là thông lượng hạt (particle fluence) tại điểm M trong khoảng thời gian Δt Đơn vị thường dùng của thông lượng hạt là (hạt/cm2)

Được gọi là suất thông lượng hạt (particle fluence rate) tại M Đơn vị của Φ trong

hệ SI là (hạt.m-2.s-1)

Trong thực tế, các chùm bức xạ thường không đơn năng Khi đó người ta có thể mô

tả chùm tia một cách chi tiết hơn bằng phổ thông lượng hạt (particle fluence spectrum)

5

Gọi dϕ(E) là thông lượng các hạt có năng lượng nằm trong khoảng (E, E + dE) tại điểm

M, thì phổ thông lượng hạt là tỉ số:

Đơn vị của ϕE (E) trong hệ SI là (hạt/J.m2)

1.2.2 Thông lượng năng lượng

Gọi ΔE là lượng năng lượng do bức xạ chuyển qua một mặt cầu tâm tại M và tiết diện ΔS trong một khoảng thời gian Δt nào đó Theo định nghĩa, tỉ số:

Được gọi thông lượng năng lượng (energy fluence) tại điểm M trong khoảng thời gian Δt Đơn vị của thông lượng năng lượng trong hệ SI là (J/m2)

Được gọi là suất thông lượng năng lượng (energy fluence rate) tại M

Đối với chùm bức xạ đa năng Người ta có thể mô tả chùm tia bằng phổ thông lượng năng lượng (energy fluence spectrum) Gọi dψ(E) là thông lượng năng lượng do các hạt có năng lượng nằm trong khoảng (E, E + dE) tại điểm M thì phổ thông lượng năng lượng là tỉ số:

Đơn vị thường dùng của ψE(E) là (1/cm2)

Đối với chùm hạt đơn năng, mỗi hạt có năng lượng E, ta có:

1.2.3 Liều chiếu và suất liều chiếu

Liều chiếu và suất liều chiếu là các đại lượng đặc trưng cho độ mạnh phóng xạ của một chùm photon (tia X hay tia gamma) Độ mạnh này thể hiện qua khả năng ion hóa không khí của chùm photon đó tại một điểm trong không gian [17]

 Liều chiếu (exposure)

Liều chiếu X được định nghĩa là tỉ số:

Trong đó ΔQ là tổng điện tích của các ion cùng dấu được tạo ra (trực tiếp hay gián tiếp) trong một thể tích không khí có khối lượng Δm bởi tia X hay tia gamma khi tất cả các electron được giải phóng hoàn toàn bị hấp thụ trong khối lượng không khí đó

Do những khó khăn về thực nghiệm khi đo liều chiếu, nên định nghĩa này chỉ dùng được cho photon có năng lượng dưới 3 MeV

Đơn vị chuẩn của liều chiếu trong hệ SI là Culông/kilogam (C/kg)

Ngoài ra người ta cũng thường dùng đơn vị Rơnghen (R), giữa hai đơn vị này có các quan hệ sau:

 Suất liều chiếu (exposure rate)

Suất liều chiếu là liều chiếu tính trong một đơn vị thời gian Đơn vị của suất liều chiếu là Culông/kg.giây (C/kg.s) hay Rơnghen/giây (R/s)

7

1.2.4 Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ

Liều hấp thụ và suất liều hấp thu là các đại lượng đặc trưng cho lượng năng lượng mà bức xạ bỏ ra trong vật chất Khái niệm này được định nghĩa chung cho mọi môi trường

và cho mọi loại bức xạ, có khả năng ion hóa trực tiếp (hạt mang điện) hay gián tiếp (photon, neutron) [14], [22], [26]

 Liều hấp thụ

Liều hấp thụ là lượng năng lượng được hấp thụ trong một đơn vị khối lượng vật chất:

Trong đó ΔE là lượng năng lượng được hấp thụ trong thể tích ΔV của vật chất và

Δm là khối lượng của thể tích ΔV đó Định nghĩa trên có thể áp dụng cho mọi loại vật chất hấp thụ và mọi loại tia bức xạ, có năng lượng tùy ý

Đơn vị của liều lượng hấp thụ trong hệ SI là Gray:

1 Gray (Gy) = 1 J/kg

Trong thực tế, người ta còn sử dụng đơn vị rad (radiation absorbed dose):

1(rad) = 10-2 (Gy) = 1(cGy)Giá trị liều hấp thụ phụ thuộc vào tính chất bức xạ và môi trường hấp thụ Sự hấp thụ năng lượng của môi trường đối với tia bức xạ là do tương tác của bức xạ với electron của nguyên tử vật chất hấp thụ Do đó năng lượng hấp thụ trong một đơn vị khối lượng hay thể tích vật chất phụ thuộc vào năng lượng liên kết của electron với hạt nhân và vào mật độ electron trong khối vật chất

 Suất liều hấp thụ

Suất liều hấp thụ là liều lượng hấp thụ trong một đơn vị thời gian Đơn vị của nó là Gray/giây (Gy/s) hay (rad/s)

8

 Quan hệ giữa liều hấp thụ và thông lượng hạt của các hạt mang điện

Đối với một chùm hạt mang điện đơn năng E, khi biết thông lượng hạt ϕ tại một điểm, ta có thể tính được liều hấp thụ D tại điểm đó, theo biểu thức:

Liều hấp thụ = (thông lượng hạt) x (năng suất hãm khối do va chạm)

Với:

Scol = -dE/dx: năng suất hãm tuyến tính do va chạm, đơn vị thường dùng là (keV/µm) Còn ρ là khối lượng riêng của môi trường

Đơn vị của D là Gy = J/kg, của ϕ là (1/m2) và của (Scol /ρ) là (J.m2/kg)

Vậy đối với hạt mang điện (electron, positron), liều hấp thụ tỉ lệ năng suất hãm khối

do va chạm

Trong hầu hết các trường hợp thực tế, chùm hạt mang điện là đa năng Đối với một chùm đa năng, được đặc trưng bởi phổ thông lượng hạt ϕE(E) tại một điểm trong môi trường, liều hấp thụ D tại điểm đó được tính theo biểu thức:

max

E 0

9

E

E 0

1.2.5 Kerma – Khái niệm cho bức xạ ion hoá gián tiếp

Đối với các bức xạ ion hóa gián tiếp (photon, neutron), quá trình truyền năng lượng cho vật chất xảy ra theo hai bước (trình bày trong mục 1.2.5.1) Tương ứng với điều này, ngoài liều hấp thụ, người ta còn dùng khái niệm kerma Sau đây chúng ta sẽ xét trường hợp của photon [9]

1.2.5.1 Cơ chế truyền năng lượng trong tương tác của photon với vật chất

Khi một chùm photon truyền qua vật chất, sự tương tác giữa chúng sẽ xảy ra theo hai bước sau:

• Bước thứ nhất xảy ra khi photon (hạt ion hóa gián tiếp) giải phóng một trong các hạt mang điện như electron, positron (các hạt ion hóa trực tiếp) có động năng khá lớn do các hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton hay hiệu ứng tạo cặp; (1)

môi trường do va chạm (ion hóa hay kích thích) hay do phát bức xạ (bức xạ hãm, hủy cặp); (2)

1.2.5.2 Kerma (Kinetic Energy Released in unit Mass, K)

Quá trình truyền năng lượng trong bước (1) được mô tả bởi một đại lượng có tên là kerma Gọi dEk là năng lượng trung bình bức xạ truyền cho các hạt mang điện thứ cấp (electron, positron) trong một khối lượng môi trường dm

K = dEk /dm (1.14)Kerma cũng có cùng đơn vị là gray như liều hấp thụ D Tuy nhiên, liều hấp thụ D được xác định bởi quá trình truyền năng lượng trong bước (2), khi các hạt mang điện thứ cấp bỏ động năng của nó trong môi trường

10

1.2.6 Liều tương đương và suất liều tương đương

Về phương diện sinh học, người ta thấy rằng các loại bức xạ khác nhau, dù được hấp thụ cùng một liều như nhau trong mô, cũng có các tác dụng khác nhau

Trong an toàn bức xạ, ngoài liều hấp thụ, người ta còn dùng một đại lượng khác gọi

là liều tương đương Đó là tích số giữa liều hấp thụ trung bình trong mô (hay cơ quan)

và một hệ số đặc trưng cho loại bức xạ trong việc gây nên tác dụng sinh học

 Liều tương đương

Theo định nghĩa, liều tương đương H (equivalent dose) gây bởi một loại bức xạ lên

cơ thể sống là tích số giữa liều hấp thụ D trong mô và một hệ số đặc trưng cho loại bức

xạ đó, hệ số này không có đơn vị và được gọi là trọng số phóng xạ (weighting radiation factor), ký hiệu là WR

Neutron chậm hay nhiệt <10 keV

- Neutron nhanh và proton tới 10MeV

- Hạt α và các hạt nhân nặng

1

≈ 51010-20

11

 Suất liều tương đương

Suất liều tương đương là liều tương đương được hấp thụ trong một đơn vị thời gian Đơn vị của suất liều tương đương là Sievert/giây (Sv/s) hay (rem/s)

1.2.7 Liều hiệu dụng

Liều tương đương được dùng khi một cơ quan hay một mô riêng rẽ bị chiếu xạ Khi chịu cùng một liều tương đương, các cơ quan và mô khác nhau trong cơ thể có thể bị những mức độ tổn thương khác nhau Tức là chúng có độ nhạy bức xạ khác nhau Độ nhạy này được đặc trưng bởi một hệ số gọi là hệ số trọng số mô (tissue weighting factor) Trong trường hợp toàn thân bị chiếu, người ta dùng liều hiệu dụng

∑

= TWT.HT

E

(1.18)Trong đó HT là liều tương đương nhận được ở mô T và WT là hệ số trọng số mô đặc trưng cho cơ quan (mô) đó

Liều hiệu dụng cũng như liều tương đương có cùng thứ nguyên như liều hấp thụ (năng lượng/khối lượng), nhưng người ta dùng đơn vị Sievert để tránh nhầm lẫn

Bảng 1.2: Trọng số mô của một số cơ quan trong cơ thể [10]

Cơ quan sinh dục (gonads)

Tủy xương (bone marrow)

1.3 Phương pháp tính liều MIRD

12

1.3.1 Mục đích của việc tính liều

Các đồng vị phóng xạ được đưa vào cơ thể người qua đường tiêm hay uống, đến tập trung tại các cơ quan và phát bức xạ Tác dụng sinh học của bức xạ tại các mô trong cơ thể được quyết định bởi liều hấp thụ của bức xạ tại các mô đó

Mục đích của việc tính liều là xác định liều hấp thụ tại các vị trí trong cơ thể (gọi là

cơ quan bia, target) khi biết sự phân bố các đồng vị phóng xạ tại vị trí khác (gọi là cơ quan nguồn, source)

Việc tính toán này không đơn giản do sự phân bố của đồng vị phóng xạ phát ra các loại bức xạ khác nhau, cấu trúc không đồng nhất của cơ thể, sự thoát của bức xạ ra ngoài cơ thể v.v

Chính vì vậy mà Ủy ban Liều Bức xạ Y tế chiếu trong ( Medical Internal Radiation Dose Committee) đề xuất để tính toán liều hấp thụ cho mô hay cơ quan “bia” (k) bị chiếu xạ do cơ quan “nguồn” (h) chứa đồng vị phóng xạ Phương pháp tính này dựa trên phần năng lượng hấp thụ trong cơ quan bia (k) của toàn bộ năng lượng bức xạ do

cơ quan nguồn (h) phát ra Cơ quan nguồn và cơ quan bia có thể cùng một cơ quan hay hai cơ quan khác nhau [9], [23]

1.3.2 Sơ đồ tính liều MIRD

Phương pháp tính liều của MIRD (Medical Internal Radiation Dosimetry) thuộc Hiệp hội Y học Hạt nhân Mỹ (Society of Nuclear Medicine) đưa ra vào năm 1968 nhằm mục đích tính liều chiếu trong trong YHHN và được thừa nhận rộng rãi trên thế giới Phương pháp MIRD đã được sử dụng bởi Uỷ ban Quốc tế về Bảo vệ Bức xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection) [23]

Một cơ quan bia (k) trong cơ thể có thể nhận liều chiếu từ một hay nhiều cơ quan nguồn (h) khác

Để đơn giản, có thể mô hình hóa các cơ quan bia và nguồn như hình 1.3

13

Hình 1.3: Mô hình biểu thị một cơ quan bia (k) nhận liều chiếu từ một

cơ quan nguồn (h)

1.3.3 Phương pháp tính liều MIRD

Phương pháp tính của MIRD dựa trên giả thiết rằng sự phân bố nhân phóng xạ trong nguồn là đồng nhất Có thể chấp nhận giả thiết này nếu lấy kích thước cơ quan nguồn đủ nhỏ

Hình 1.4: Mô phỏng một cơ quan bia (k) nhận liều chiếu từ các cơ quan lân cận trong

cơ thể (nguồn, h)

15

Trường hợp nguồn (h) không trùng bia (k), hay nguồn trùng bia, nhưng kích thước bia không lớn hơn nhiều so với quãng chạy của bức xạ Theo định nghĩa liều hấp thụ ta có:

ΔEdΔm

1dt

)d(D

Xe = 1,6×10-13 ×

Ah

×Ei×

Trong đó : Xe là tốc độ phát năng lượng ra từ nguồn (J/s)

Ah là hoạt độ của nguồn (Bq)

−

(1.22)

φi là hệ số hấp thụ năng lượng i

E của cơ quan bia

Ta có thể viết lại công thức tính suất liều hấp thụ do tất cả các hạt mang năng lượng khác nhau gây ra như sau:

s kg

J n

E Δm

A 10 1,6 D

1 Về mặt năng lượng, Δi là năng lượng phát ra do các hạt có năng lượng i

E

2 Còn về mặt liều hấp thụ thì Δi là suất liều trong một khối lượng mô đồng nhất dày vô

hạn có chứa hoạt độ 1(Bq/kg) phân bố đều do các hạt mang năng lượng i

Egây ra

(Gy/s)m

AD

bằng tích phân của suất liều theo thời gian:

i i

0

dtAmdt

DD

A~D

hdtA

A~

(1.29)Được gọi là hoạt độ tích luỹ (cumulated activity) trong cơ quan nguồn (h)

Hoạt độ tích luỹ chính là tổng số phân rã xảy ra trong cơ quan nguồn (h) kể từ khi bắt đầu quá trình đưa dược chất phóng xạ vào cơ thể

Đơn vị của hoạt độ tích lũy thường là (μCi.h)

i i

∆

ϕ

=Φ

Công thức tính liều (1.31) được viết lại cho phù hợp như sau:

∑ ←

← = ∆Φ

i i i(k h))

h k ( A~D

(1.32)

Hay:

) h k ( )

h k ( A~.S

sẽ bằng tổng các suất liều hấp thụ từ mỗi cơ quan nguồn

( )k A (k h)D

n h i i i

←Φ

∆

=∑ ∑

•

(1.34)Với Ah là hoạt độ của từng cơ quan nguồn

Khối lượng của cơ quan bia ∆mk, hoạt độ của cơ quan nguồn Ah có thể được đo hay ước lượng dựa trên các phép chẩn đoán hình ảnh trong y học hạt nhân Các cơ quan nguồn và bia trong mô hình MIRD có thể là một cơ quan hoàn chỉnh hay chỉ là một phần của cơ quan Khi kích thước của cơ quan xem xét càng bé thì độ chính xác trong tính toán phân bố liều càng cao

Hiện nay người ta đang hướng đến việc tính liều trong những thể tích nhỏ (dưới vài cm), đó là kỹ thuật tính liều mức voxel Kỹ thuật này được giới thiệu trong MIRD Pamphlet No 17 [24] Các chương trình tính liều dựa trên các công thức của MIRD, như MIRD DOSE 3D, OLINDA/EXM, v.v [9]

Thông qua nội dung về những tác dụng của bức xạ ion hoá lên tế bào sinh vật cũng như định nghĩa một số đại lượng mô tả chùm tia bức xạ giúp ta có cái nhìn tổng quan

về ảnh hưởng của chùm tia bức xạ khi đi vào cơ thể sống Phương pháp tính liều MIRD đã đem lại những hiệu quả nhất định trong việc xác định sự phân bố DCPX tập trung ở các cơ quan và cách tính định lượng liều hấp thụ tại các vị trí khác nhau trong

cơ thể

Ngoài ra để xác định sự phân bố DCPX, chúng ta cần phải nhờ đến những công cụ, thiết bị ghi đo bức xạ Trong chương tiếp theo chúng ta sẽ đề cập đến những vấn đề này

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ GHI ĐO TRONG Y HỌC HẠT NHÂN

Trong chương này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của từng thiết bị được sử dụng trong lĩnh vực y học hạt nhân

2.1 Lịch sử ghi hình của máy SPECT trên thế giới và tình hình ở nước ta.

Ghi hình là một cách thể hiện kết quả ghi đo phóng xạ Các xung điện thu nhận từ bức xạ được các bộ phận điện tử, quang học, cơ học biến thành tín hiệu đặc biệt Từ các tín hiệu đó ta thu được 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 bộ cơ thể [4], [11], [15]

Việc thể hiện bằng hình ảnh (ghi hình) bức xạ phát ra từ các mô, phủ, tạng và các tổn thương trong cơ thể bệnh nhân ngày càng tốt hơn nhờ vào sự tiến bộ cơ học, 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 mô tạng trước khi ghi hình

2.1.1 Trên thế giới

Vào năm 1951, lần đầu tiên B.Cassen đã chế tạo ra máy ghi hình cơ học (Rectilinear Scintigraphe) Đây là loại máy ghi hình từ trên xuống, từ trái sang phải và ngược lại Ghi hình tuyến giáp là ca ghi hình đầu tiên được ứng dụng bởi loại máy này Loại này có khả năng phân giải tốt đối với việc ghi hình những cơ quan nhỏ nhưng lại kém đối với những cơ quan có kích thước lớn Về sau, Nowel đã thiết kế một loại máy

có đầu dò với tinh thể nhấp nháy làm bằng tinh thể NaI(Tl), độ phân giải của hệ máy này tại tiêu điểm là tốt nhất, ngược lại nhược điểm là thời gian ghi hình kéo dài [15] Năm 1957, H.O Anger đã sáng chế ra máy camera nhấp nháy Anger [15] Trong ghi hình, các tia phóng xạ xuyên qua tất cả cấu trúc ở phía trước 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 từng lát cắt Đó cũng chính là điểm yếu của loại camera này Nhờ tiến bộ của nhiều nghành khoa học kỹ thuật khác nhau, càng về sau càng có nhiều cải tiến và cho ra đời nhiều loại camera khác nhau như: camera có trường nhìn lớn, camera di động, camera digital có hệ vi xử lí (microprocessor computer system) [15].Đến năm 1963, Kuhl và Edward đã chế tạo hệ máy chụp cắt lớp phát xạ SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) đầu tiên được gọi là Mark I Trong khoảng thời gian từ năm 1963 đến đầu năm 1976 Kuhl và các cộng sự của mình đã cải tiến và phát triển hệ thống máy Mark I thành Mark II, Mark III, Mark IV

Hình 2.1: Hệ máy chụp cắt lớp phóng xạ-Mark I

Cùng thời gian vào năm 1976, Ronald Jack Jaszczak cùng John Keyes Jr và cộng

sự đã phát triển cho ra hệ máy SPECT sử dụng camera Anger gắn vào gantry, có thể di động lên xuống, quét từ đầu đến chân, quay nghiên quanh cơ thể bệnh nhân trong suốt quá trình ghi hình phóng xạ (hình 2.2) Kết quả này của nhóm đã báo cáo tại hội nghị Hiệp hội Y học Hạt nhân (tổ chức vào năm 1976) [15]

Từ sau những năm thập kỷ 70 của thế kỷ trước cho đến nay, kỹ thuật ghi hình phóng xạ bằng máy SPECT trên thế giới không ngừng cải tiến và phát triển Các hệ thống máy SPECT hai đầu dò, ba đầu dò lần lượt ra đời, ưu điểm của những loại máy này là cho kết quả ghi hình nhanh, đặc biệt khi cần khảo sát các quá trình động học xảy

ra nhanh trong cơ thể Ngoài ra các máy SPECT này vừa có thể tạo ra các lát cắt (slide)

hình ảnh như CT, MRI, nó còn cho hình ảnh quét (Scan) toàn thân, đặc điểm này là đặc biệt có giá trị trong phát hiện khối u và di căn ung thư

Hình 2.2: Hệ thống máy SPECT sử dụng Camera Anger gắn với gantry có thể quay

nghiêng quanh cơ thể bệnh nhân; hình trái (một đầu dò), hình phải (hai đầu dò).Hiện nay với tốc độ bệnh ung thư ngày càng gia tăng, kỹ thuật ghi hình phóng xạ bằng máy SPECT không ngừng được cải tiến và phát triển để đáp ứng nhu cầu phục vụ điều trị cho bệnh nhân Tuỳ vào tình hình kinh tế, xã hội của các nước trên thế giới mà mức độ đầu tư cho lĩnh vực YHHN khác nhau, dẫn đến việc đầu tư cho phát triển kỹ thuật ghi hình phóng xạ bằng máy SPECT cũng khác nhau

2.1.2 Tại Việt Nam

Chuyên nghành YHHN bắt đầu hình thành ở nước ta từ những năm đầu của thập kỷ

70 của thế kỷ trước với hai cơ sở đầu tiên tại Trường Đại học Y Hà Nội kết hợp với

Bệnh viện Bạch Mai và Học viện Quân y kết hợp với Bệnh viện Quân y 103 Qua thời gian đến nay chúng ta đã phát triển cán bộ chuyên khoa và cơ sở tại hơn 30 bệnh viện trên cả nước Trong đó có khoảng 22 máy xạ hình Planar Gamma Camera và cắt lớp đơn photon SPECT Theo số liệu thống kê của Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Quân y

108, Bệnh viện Chợ Rẫy cho thấy số lượng bệnh nhân xạ hình SPECT khoảng 8000 ca/năm ở mỗi bệnh viện, ở các bệnh viện khác số lượng xạ hình trung bình từ 2000 đến

3000 ca/năm chủ yếu là cho các bệnh về tuyến giáp, xương, não, thận, tim…[11]

2.2 Các khối của thiết bị ghi đo

Ống chuẩn trực

Cấu hình chung của một thiết bị y học hạt nhân (YHHN) gồm các khối:

Hình 2.3: Sơ đồ khối thiết bị ghi đo

 Nguồn phóng xạ

Đây là đối tượng cần đo, có thể là nguồn xạ, một vật phẩm đánh dấu phóng xạ, hoặc trong chẩn đoán hình ảnh thì dược chất phóng xạ được đưa vào người bệnh, cơ thể người bệnh là nguồn phát xạ

 Đầu dò

Đầu dò là bộ cảm biến, biến sự xuất hiện của bức xạ trong thể tích đầu dò thành tín hiệu điện, tùy theo loại bức xạ, yêu cầu ghi đo mà sử dụng loại đầu dò, cấu hình đo (che chắn, chuẩn trực) thích hợp Nếu để đo các bức xạ beta yếu phải sử dụng đầu đếm nhấp nháy lỏng Để đo tia beta có năng lượng lớn hơn hoặc tia gamma có thể dùng ống

đếm Geiger- Muller làm đầu đếm Đầu đếm này thường thấy ở các thiết bị cảnh báo

Bànđiều khiểnHiển thị

hoặc đo ô nhiễm phóng xạ Các ống đếm tỷ lệ, buồng ion hoá cũng thường được dùng như một đầu dò trong máy đo liều [7]

Hiện nay trong các thiết bị chẩn đoán thường dùng đầu đếm bằng tinh thể phát quang rắn NaI(Tl) Tinh thể có thể có đường kính nhỏ như trong máy ghi đo độ tập trung iôt ở tuyến giáp, có hình giếng trong các liều kế hoặc máy đếm xung riêng rẽ hay trong máy đếm mẫu tự động của xét nghiệm định lượng miễn dịch phóng xạ RIA (Radio immuno assay) và IRMA (Immuno radio metric assay) Đầu đếm cũng có thể

là một tinh thể nhấp nháy lớn có đường kính hàng chục cm hoặc được ghép nối lại để

có đường kính 40-60cm trong các máy ghi hình cắt lớp phóng xạ SPECT Khi đó, đầu

dò còn gọi là khối phát hiện (detector)

Đầu dò là thiết bị đặc biệt quan trọng, nó quyết định chất lượng hình ảnh Chức năng chính của đầu dò là thu nhận bức xạ phát ra từ đồng vị phóng xạ trong bệnh nhân, chuyển chúng thành tín hiệu điện

 Ống chuẩn trực:

Dùng để định hướng các bức xạ trong các phép đo khác nhau, có tác dụng tạo ra sự tương quan chính xác giữa vị trí phát tia gamma và vị trí của tia gamma đó tương tác với tinh thể khối phát hiện, hạn chế các bức xạ không cần thiết của những tổ chức nằm ngoài vùng cần nghiên cứu, các bức xạ phông [5], [7]

Có nhiều loại ống chuẩn trực khác nhau về năng lượng (năng lượng thấp, trung bình, cao), về hình dáng (một lỗ, nhiều lỗ song song, hình chóp nón ), về khả năng phân giải (thấp, trung bình và cao)

a Chuẩn trực lỗ song song b Chuẩn trực lỗ hội tụ

c Chuẩn trực Pinhole d Chuẩn trực lỗ phân kỳ

Hình 2.4: Các kiểu lỗ của ống chuẩn trực

Dưới đây là một số hình ảnh chụp được từ máy SPECT bằng ba loại collimator

Hình 2.5: Hình ảnh ghi nhận được từ máy SPECT qua ba loại collimator

Tùy từng phép đo cụ thể mà áp dụng loại ống chuẩn trực thích hợp Thường sử dụng nhiều nhất là loại ống chuẩn trực có lỗ nhỏ song song (parallel hole) thẳng với mặt trước của tinh thể nhấp nháy, dùng để tạo hình ảnh như vật thật trên bề mặt tinh thể Độ phân giải của ống chuẩn trực song song rất cao

Ống chuẩn trực hội tụ (converging, hình 2.4b) phóng to ảnh trong vùng quan tâm

Collimatorhội tụ

Collimator

phân kỳ

Collimatorsong song

Các loại collimator

Độ nhạy của ống chuẩn trực hội tụ tăng khi di chuyển nguồn từ mặt phẳng ống chuẩn trực tới mặt phẳng hội tụ và giảm khi di chuyển đối tượng ra xa mặt phẳng hội tụ Ống chuẩn trực phân kỳ (diverging, hình 2.4d) về bản chất là trái ngược với ống chuẩn trực hội tụ Chúng có một mảng hình nón các lỗ phân kỳ từ một điểm hội tụ ảo sau mặt phẳng của tinh thể ảnh của vật thật là nhỏ hơn nhưng ở đây lại thu được một trường quan sát lớn.

Ống chuẩn trực lỗ nhỏ (pinhole, hình 2.4c) có duy nhất một lỗ 2-5mm ở chính giữa Mục đích cũng giống như ống chuẩn trực hội tụ, nó phóng to ảnh của vật thật trong trường quan sát

 Khối khuếch đại

Tín hiệu ra từ anod của ống đếm là rất nhỏ, dạng tín hiệu chưa phù hợp với các sơ

đồ điện tử phía sau, trở kháng lối ra của các ống đếm lớn vì vậy cần phải được hiệu chỉnh Do đó, trước khi khuếch đại, cần có khối tiền khuếch đại làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa lối ra của ống đếm và lối vào của sơ đồ điện tử phía sau, rút ngắn dạng xung cho phù hợp

Bộ khuếch đại chính làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu từ lối ra của bộ tiền khuếch đại để đưa vào các sơ đồ xử lý và phân tích phía sau Ngoài ra, nó còn nâng cao chất lượng xử lý biên độ, thời gian, giảm tạp âm v.v

 Bộ phân tích biên độ xung

Dùng để chọn những xung có biên độ nằm trong giới hạn cần thiết, loại bỏ các xung khác Bộ phân tích biên độ được dùng phổ biến trong các thiết bị hạt nhân nói chung và y học hạt nhân nói riêng

Tùy yêu cầu có thể chọn những xung có biên độ nhất định, không quá lớn và không

quá bé, vì vậy có thể xác định ngưỡng trên hoặc ngưỡng dưới của biên độ xung

Trong các máy đếm xung thông thường chỉ sử dụng ngưỡng dưới, lựa chọn tùy theo phổ năng lượng của từng đồng vị phóng xạ

 Bộ đếm xung

Dùng để đếm xung từ lối ra của bộ phân tích biên độ Có thể đếm số xung trong khoảng thời gian định trước, chỉ thị ra kết quả bằng đèn hiện số, thông qua bộ đếm/thời gian

Bộ đếm/thời gian được dùng trong máy đo một kênh, các máy phân tích phổ, các máy đo độ tập trung

 Nguồn nuôi cao áp

Tất cả các ống đếm bức xạ đều có nguồn cao áp tạo ra điện trường để gia tốc các cặp ion và electron đi đến các điện cực

Các ống đếm chứa khí yêu cầu điện áp cỡ hàng trăm volt Các ống đếm nhấp nháy yêu cầu điện áp cỡ hàng ngàn volt Điện áp lối ra yêu cầu hết sức ổn định, có độ thăng giáng theo thời gian, nhiệt độ không quá 1/1000 Đây là yêu cầu rất ngặt nghèo

2.3 Các loại máy ghi đo phóng xạ trong y học hạt nhân

2.3.1 Máy đếm phóng xạ

Máy đếm phóng xạ dùng để ghi số bức xạ phát ra từ cơ quan, tổ chức hay từ mẫu

đo theo thời gian Đơn vị đo thời gian có thể là phút, giây, hoặc phép đo có thể kéo dài hàng giờ

Về cấu tạo máy đếm phóng xạ gồm:

• Bộ khuếch đại tín hiệu

• Bộ phân tích tín hiệu: để chọn tín hiệu theo yêu cầu

thời gian được đặt là bao nhiêu mà phép đếm tự động dừng lại

• Bộ chỉ thị kết quả: chỉ thị số đếm đã ghi được trong khoảng thời gian đã đặt hay thời gian mà phép đếm thực hiện

Khi làm việc với máy đếm cần chú ý:

• Chọn hệ số khuếch đại thích hợp cho loại bức xạ cần đo

theo yêu cầu

Ngày nay do kỹ thuật tin học phát triển, người ta đã ghép nối các thiết bị trên với máy tính để tận dụng khả năng tính toán của máy tính chẳng hạn như máy đo độ tập trung của chất phóng xạ ở tuyến giáp, máy đo miễn dịch phóng xạ Tuy nhiên chúng vẫn gồm các bộ phận kể trên trong thiết bị

Máy đếm phóng xạ được sử dụng như một thiết bị đo độ tập trung, theo dõi khả

năng hấp thu, đào thải, lưu giữ các hợp chất trong các cơ quan của cơ thể, giúp chẩn đoán về tình trạng chức năng các cơ quan Có thể sử dụng hệ đếm một kênh hoặc đa kênh, chẳng hạn như máy đo độ tập trung chất phóng xạ ở tuyến giáp có cấu trúc như máy đo xạ đơn, còn máy thận ký có hai kênh độc lập, trường nhìn mỗi đầu dò chỉ 10 độ

vì hai quả thận nằm cách nhau chỉ vài centimet (độ khoảng 3 centimet).

2.3.2 Máy xạ ký

Máy xạ ký là loại máy dùng để theo dõi liên tục sự thay đổi cường độ phóng xạ của một cơ quan nào đó theo thời gian Thông qua các chỉ tiêu như thời gian hoạt độ phóng

xạ đạt cực đại, thời gian bán thải để đánh giá chức năng

Máy xạ ký bao gồm các bộ phận sau đây:

của phép đo

• Các bộ phân tích xung để chọn loại theo yêu cầu

• Các bộ đo tần số xung theo thời gian

băng giấy

Những điểm cần chú ý khi làm việc với máy xạ ký:

• Đặt đầu dò đúng vị trí cơ quan cần đo

• Chọn cửa sổ phân tích đúng loại phóng xạ và phù hợp với độ khuếch đại

• Chọn đơn vị thời gian để theo dõi Ví dụ để ghi xạ ký tim người ta để hằng số thời gian là giây và cả chu trình tim chỉ kéo dài từ 0-15 giây Xạ ký thận người phải để hằng số thời gian là phút, cả chu trình nghiên cứu kéo dài 10-20 phút

2.3.3 Máy xạ hình

Máy xạ hình dùng để ghi sự phân bố dược chất phóng xạ (DCPX) của cơ quan

nào đó theo không gian Tùy theo sự phát triển của kỹ thuật mà hiện nay có các loại máy xạ hình sau đây:

 Xạ hình vạch thẳng

Xạ hình vạch thẳng dùng để ghi sự phân bố theo không gian cường độ phóng xạ, chẳng hạn hình ảnh tuyến giáp, gan, thận

Các khối chính của máy xạ hình vạch thẳng bao gồm:

nào cũng chỉ ghi cường độ phóng xạ tại một điểm có kích thước nhỏ tùy theo độ phân giải của ống chuẩn trực

• Bộ phân tích biên độ tín hiệu để chọn bức xạ theo yêu cầu

lớn thì ghi nhiều vạch, vị trí nào có phóng xạ thấp thì ghi ít vạch Để tạo ra hình ảnh hai chiều, ống đếm phải chuyển động trên bề mặt cơ quan theo những đường dích dắc Đối với những thế hệ máy mới, người ta đưa vào các màu biểu hiện cho cường độ phóng xạ, thường là 6 hoặc 9 màu

Xạ hình vạch thẳng cho kết quả sự phân bố phóng xạ theo không gian hai chiều trên giấy Kết quả không lưu được và máy tính không xử lý định lượng Xạ hình vạch thẳng làm việc chậm, để quét một cơ quan lớn như gan có thể mất hàng giờ

 Gamma camera

Gamma camera cho phép ghi hình ảnh hai chiều sự phân bố đồng vị phóng xạ trong cơ quan cần nghiên cứu [5]

 Về phần cứng: gamma camera gồm có:

+ Một đầu dò bức xạ có kích thước lớn, thường có đường kính 30-40cm Độ dày của tinh thể thích hợp để đo các tia bức xạ có năng lượng thấp như tia bức xạ phát ra từ DCPX Tc-99m Trong đầu dò này ngoài việc cung cấp tín hiệu về năng lượng của bức

xạ, còn cho ta biết toạ độ của bức xạ đó trong không gian hai chiều Hệ thống ống chuẩn trực tùy thuộc mục đích của phương pháp chẩn đoán

+ Bộ khuếch đại tín hiệu; bộ phận tính; máy tính điện tử

+ Hệ thống cơ học để điều khiển chuyển động của đầu dò

Những tín hiệu từ đầu dò sau khi được khuếch đại, chọn lọc được đưa vào máy tính Máy tính điều khiển việc lưu giữ thông tin, hiện hình ảnh hai chiều và xử lý kết quả

 Về phần mềm: gamma camera được gắn với máy tính, có phần mềm chuyên dụng để

thu nhận, xử lý kết quả

+ Thu nhận dữ liệu: các tín hiệu thu nhận được từ đầu dò được đưa vào hệ thống thu nhận dữ liệu để mã hoá và truyền vào máy tính Khi chuyển động quét của đầu dò kết thúc, trong bộ nhớ máy tính đã ghi nhận được các số đo hoạt độ phóng xạ của các điểm, là cơ sở để tái tạo hình bẳng bằng phần mềm thích hợp Tái tạo ảnh được dựa vào các thuật toán về ma trận Hiểu một cách đơn giản , ma trận là một tập hợp số được phân bổ trên một cấu trúc gồm các hàng và cột Mỗi ô như vậy là một đơn vị của ma trận và được gọi là đơn vị thể tích cơ bản (volume element) hay là voxel Từ mỗi voxel tạo ra một đơn vị ảnh cơ bản (picture element) gọi là pixel Tổng các đơn vị ảnh cơ bản hình thành quang ảnh (photo image) Ma trận thu nhận ảnh có đơn vị thể tích cơ bản càng lớn thì kích thước các lớp cắt càng mỏng, ảnh thu được càng chi tiết Ma trận thu nhận hình ảnh có thể có kích thước là 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, 512x512 pixels, ma trận có kích thước càng lớn thì độ phân giải càng tốt Song số hình ảnh thu nhận được vào bộ nhớ của máy tính sẽ bị hạn chế, nhất là trong các trường hợp muốn

theo dõi quá trình động học của cơ quan nào đó Số đếm có thể thu nhận được trên một hình ảnh, số đếm càng lớn, chất lượng hình ảnh càng đẹp.

+ Xử lý kết quả: hình ảnh sau khi thu nhận sẽ được tự động lưu vào đĩa cứng Sau

đó có thể đem hình ảnh ra để xử lý Các thao tác trong xử lý có thể là:

• Vẽ vùng quan tâm (Region of Interesting - ROI)

• Tính tổng hoạt độ phóng xạ trong vùng quan tâm, toàn bộ hình ảnh

• Xử lý các phép toán học từ hình ảnh

+ Hiện kết quả: kết quả sau khi xử lý được hiện lên màn hình dưới dạng hình ảnh

Có thể hiện hình ảnh động, hình ảnh cố định các đường tạo ra từ các vùng ROI, các tham số và kết quả từ các phép toán trên hình ảnh

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có thể chỉ thị và tạo ra hình ảnh đẹp, kết quả tổng hợp của phương pháp chẩn đoán Với những máy gamma camera đầu tiên người ta cho chụp ảnh lấy ngay để đưa ra kết quả

Hiện nay các thiết bị như in phim, in màu ra giấy hoặc hoà mạng được sử dụng để các thầy thuốc trong khoa, trong viện, các cơ sở khác có thể cùng tham khảo kết quả chẩn đoán

 Máy cắt lớp phóng xạ

Nguyên tắc cắt lớp: các máy ghi hình phẳng chỉ ghi được hình ảnh hai chiều trong

khi đồng vị phóng xạ trong cơ thể phân bố theo không gian ba chiều Để có được thông tin về chiều sâu người ta phải chụp thêm các ảnh phẳng với các góc khác nhau Máy cắt lớp phóng xạ (SPECT- single photon emission computerized tomograph) là máy

khá lớn, nhưng đầu dò chỉ ghi nhận được từng photon riêng biệt nên được gọi là chụp

đơn photon Mỗi vị trí của đầu dò thu nhận có được một hình ảnh hai chiều Để tạo hình ảnh ba chiều, sau khi thu nhận người ta dùng kỹ thuật tái tạo (reconstruction) Việc tái tạo ảnh dựa vào phần mềm chuyên dụng SPECT cho phép tăng độ chính xác chẩn đoán, thời gian ghi hình ít hơn so với gamma camera Máy có thể quét toàn thân

Điều khiển bằng tay

Hình 2.6: Sơ đồ khối tổng quát của máy SPECT

Cấu tạo máy cắt lớp, phần cứng gồm có:

+ Đầu dò có cấu tạo và hoạt động giống như Gamma Camera, có các tham số chất lượng cao hơn, có hệ thống tự điều chỉnh Từ trước đến nay các đầu dò của SPECT vẫn thường dùng tinh thể NaI(Tl) Bức xạ phát ra từ tinh thể phát quang được khuếch đại bởi ống nhân quang và các mạch điện tử khác Đầu dò là thiết bị đặc biệt quan trọng,

nó quyết định chất lượng hình ảnh SPECT Để có hình ảnh tốt, đầu dò cần có độ phân giải cao, độ nhạy lớn, collimator thích hợp, khoảng cách từ đầu dò đến mô tạng ghi hình ngắn nhất Để tăng độ phân giải người ta tạo ra loại SPECT hai hoặc ba đầu dò + Khung máy hoạt động với 4 bậc tự do, có thể di chuyển cả dàn quay sang phải, sang trái trong chế độ chụp toàn thân Giá quay tròn cho phép đầu dò gắn với thân máy

hoặc hạ xuống làm cho đầu dò xa hoặc gần bệnh nhân Cả hệ thống đầu dò gắn với khung máy có thể tự động thực hiện quay với tốc độ đặt trước Cũng có thể sử dụng bàn điều khiển bằng tay (Remote Control Unit)

+ Máy tính có tốc độ xử lý nhanh, ổ cứng với dung lượng lớn, bộ nhớ có dung lượng lớn hơn để xử lý tái tạo hình ảnh, hiển thị kết quả với hình ảnh có độ phân giải

và chất lượng màu sắc cao hơn Thiết bị xử lý trung tâm có nhiệm vụ điều khiển, đồng

bộ hoạt động của các thiết bị, và đặc biệt là nó được tích hợp các phần mềm, cho phép thực hiện các chức năng lưu giữ và xử lý thông tin, xử lý và hiển thị ảnh, thực hiện các lệnh do người sử dụng đưa vào Nó còn cho phép kết nối với các thiết bị mở rộng khác như: bộ nhớ ngoài (ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm) kết nối mạng Internet, máy in

+ Hệ thống điều khiển chuyển động tròn và chuyển động dọc theo chiều dài cơ thể Đây là phần đặc biệt khác của máy cắt lớp Hệ thống này điều khiển đầu dò tự động quay quanh cơ thể bệnh nhân và dừng lại thu nhận hình ảnh Số lượng hình ảnh khi quay một vòng quanh bệnh nhân tùy thuộc vào chế độ đặt do người sử dụng đặt cho

máy (32, 64, 128 hình ảnh ) Hệ thống điều khiển còn có thể tạo ra quỹ đạo quay tròn hay elíp bằng cách điều khiển giường bệnh nhân ở mỗi vị trí khác nhau Ngoài ra nó cũng có thể điều khiển giường bệnh nhân chạy trên bề mặt đầu dò đặt cố định, đồng thời có phần mềm để hiệu chỉnh bề rộng đầu dò trong trường hợp đầu dò hình tròn + Thiết bị xuất kết quả hình ảnh gồm có máy in màu, máy in phim.

Hiện nay người ta kết hợp ghi hình SPECT với CT tạo ra máy SPECT/CT, tức là ghép hai loại đầu dò trên cùng một máy và dùng chung hệ thống ghi nhận lưu giữ tín hiệu, các kỹ thuật xử lý của máy tính Hệ thống này cho hình ảnh như ghép chồng hình ảnh CT với xạ hình nên cho phép vừa xác định chính xác vị trí giải phẫu (nhờ CT) các tổn thương vừa đánh giá được chức năng (nhờ xạ hình) Hình ảnh thu được có cả ưu điểm của CT và SPECT

Phần mềm trong máy cắt lớp thực hiện các chức năng sau:

+ Thu nhận dữ liệu, xử lý ảnh, cho phép ghi hình các cơ quan, xử lý hình ảnh, lưu trữ, in, truyền ảnh qua internet

+ Phần mềm ghi hình tim mạch: có cổng điện tim và không có cổng điện tim, tái tạo ảnh ba chiều Có thể ghi hình tĩnh, ghi hình động, ghi hình cắt lớp, ghi hình bể máu (blood pool) đánh giá chức năng tim (phân số tống máu, vận động vùng, hiệu suất tống máu )

+ Có phần mềm ghi hình phổi, ghi hình tuyến giáp, phần mềm ghi hình thận, gan- đường mật, ghi hình não

+ Xử lý kết quả: ngoài những phương pháp xử lý kết quả như máy Gamma Camera, trong máy cắt lớp còn có thêm phần mềm để tái tạo hình ảnh Để sử dụng phần mềm này, người sử dụng phải có kinh nghiệm lựa chọn các tham số khi xử lý kết quả (tần số cắt bỏ, hệ số hiệu chỉnh sự suy giảm khi bức xạ đi qua bề dày khác nhau )

để có được hình ảnh trung thực của cơ quan cần nghiên cứu

Một số điểm cần chú ý khi làm việc với máy cắt lớp phóng xạ:

đảm bảo máy làm việc đúng

• Đặt chế độ thu nhận, xử lý kết quả hợp lý, dùng ống chuẩn trực hợp lý

nhận sau khi tiêm phóng xạ, chương trình thu nhận, chương trình xử lý kết quả, các hình ảnh kết quả đưa ra, bố trí hình ảnh kết quả )

Hình 2.7: Nguyên tắc ghi nhận ảnh của SPECT

Hiển thị vị tríxảy ra tương tác

Xunglogic

biên độ xungTinh thể NaI(Tl)

Nguồn phát

Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ nguồn 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 (PMT) 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 – Pulse Hieght Analyzer) 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 [34]

2.4 Máy SPECT tại Khoa Y Học Hạt Nhân, Bệnh viện Chợ Rẫy

SPECT ( Single Photon Emission Computed Tomography ) là một thiết bị chụp

ảnh cắt lớp bằng bức xạ hạt nhân dựa trên kỹ thuật đánh dấu phóng xạ

SPECT chính là phương thức tạo ảnh cao hơn so với gamma camera

Nguyên tắc chụp ảnh của máy SPECT như sau: khi đưa một dược chất phóng xạ vào cơ thể bệnh nhân, sau một thời gian dược chất phóng xạ này tham gia quá trình sinh hoá trong cơ thể tạo ra sự phân bố phóng xạ trong cơ thể Cơ thể sẽ phát ra các bức xạ gamma đi đến camera nhấp nháy (một bộ phận chính trong máy SPECT) ghi nhận Dữ liệu ghi nhận từ camera được xử lý bởi máy tính để tạo ra hình ảnh về sự phân bố phóng xạ đó

Máy tính kết nối với máy SPECT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc: thu nhận, xử lý, hiển thị những ảnh số cho biết sự phân bố phóng xạ trong cơ thể Ngoài ra máy tính còn hỗ trợ việc truy cập thông tin của bệnh nhân, của bệnh viện và kết nối với các hệ thống khác

Qua hình ảnh phân bố phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân ta biết được nồng độ phân

bố, từ đó bác sĩ chẩn đoán được tình trạng hoạt động sinh hoá của cơ quan trong cơ thể bình thường hay bất thường Nên ảnh thu được bởi máy ghi hình SPECT là ảnh ở cấp phân tử, chức năng và sinh hoá giúp phát hiện sớm hơn các chẩn đoán dựa trên hình ảnh cấu trúc giải phẩu học (ảnh X –quang, siêu âm, MRI).

Hiện nay, tại bệnh viện Chợ Rẫy có hai loại máy SPECT: SPECT một đầu dò và SPECT hai đầu dò, tạo điều kiện linh hoạt trong quá trình thăm khám chữa bệnh

Đầu dò

sức dễ dàng với bệnh nhân trên cáng và xe lăn Đặc trưng của hệ thống này là gantry mở đa năng, khả năng chỉnh nghiêng đầu thu, tự động đánh dấu cơ thể trong chụp SPECT và chụp toàn thân

Hình 2.8: Máy SPECT một đầu dò

đồng thời tăng năng suất thăm khám trong mọi kiểu chụp Máy hai đầu dò có thể biến đổi cho cấu hình đầu dò ở các góc 1800, 900 và 760, tạo ra các ứng dụng thăm khám tối ưu trong chụp tổng quát tim mạch, u bướu, thần kinh, tim mạch v.v…Thuận tiện trong việc chụp bệnh nhân trên cáng, trên xe lăn, kể cả trong tư thế đứng

Đầu dò