CÁC HIỆU ỨNG SINH HỌC BỨC XẠ

Bức xạ ion hóa có tác dụng sinh học đối với cơ thể sống, làm tổn thương mô và phá hủy chức năng sinh học của cơ quan trong cơ thể bị chiếu xạ. Hậu quả dẫn tới các hiệu ứng sớm - xuất hiện ngay sau khi bệnh nhân làm xét nghiệm X-quang một vài ngày hoặc một vài tuần và hiệu ứng muộn – xuất hiện sau nhiều năm bệnh nhân làm xét nghiệm X-quang. Các hiệu ứng sinh học bức xạ được xếp thành hai loại là hiệu ứng tất nhiên và hiệu ứng ngẫu nhiên

a. Hiệu ứng tất nhiên

Các triệu chứng bệnh lý/tổn thương rõ ràng sẽ xảy ra khi liều vượt quá giới hạn cụ thể, ví dụ như ban đỏ da, hoại tử, nôn mửa, rụng tóc hoặc tử vong. Mức độ nghiêm trọng của hiệu ứng tất nhiên đối với từng cá thể bị chiếu xạ sẽ tăng lên theo giá trị liều

20

lớn hơn ngưỡng xảy ra hiệu ứng. Bảng 2.3 đưa ra ngưỡng liều và các hiệu ứng tất nhiên đối với da khi bị chiếu quá ngưỡng.

Bảng 2.3. Các hiệu ứng tất nhiên xảy ra đối với da [2]

Hiệu ứng Ngưỡng liều Gy Thời gian phát ra hiệu ứng

Thời gian chiếu chụp (phút)

Phát ban đỏ sớm tạm thời

2 2-24 giờ 20

Phản ứng mẩn đỏ chính 6 1,5 tuần 60

Rụng lông/tóc tạm thời 3 3 tuần 30

Rụng lông/tóc vĩnh viễn

7 3 tuần 70

Tróc vảy da khô 14 4 tuần 140

Tróc vảy da ướt 18 4 tuần 180

Loét thứ phát 24 6 tuần 240

Phát ban đỏ muộn 15 8-10 tuần 130

Hoại tử da thiếu máu cục bộ

18 >10 tuần 180

Như vậy thời gian chiếu càng tăng, bệnh nhân nhận liều càng cao và phải chịu nhiều ảnh hưởng không tốt cho sức khỏe. Khi thực hiện các phép CT đầu, ngực hoặc vùng chậu, một số cơ quan trong cơ thể rất dễ bị ảnh hưởng nhận liều cao mặc dù chúng không là đối tượng cần xem xét. Bảng 2.4 đưa ra hiệu ứng chiếu xạ cấp tính đối với cơ quan đặc biệt này.

Bảng 2.4. Các hiệu ứng chiếu xạ cấp tính đối với cơ quan đặc biệt theo ICRP 103 [11]

Mô và ảnh hưởng Ngưỡng

Tổng liều trong một lần chiếu

(Gy)

Liều /năm trong trường hợp chiếu phân đoạn (Gy/năm)

Tinh hoàn

Vô sinh tạm thời Vô sinh vĩnh viễn

0,15 3,5 - 6,0

0,4 2,0

21 Trứng Vô sinh 2,5 - 6,0 > 0,2 Thủy tinh thể Nhìn mờ Đục thủy tinh thể 0,5 - 2,0 5,0 > 0,1 > 0,15 Tủy xương Làm giảm sự tạo thành tế bào 0,5 > 0,4

b. Hiệu ứng ngẫu nhiên

Các triệu chứng bệnh lý có thể xảy ra hoặc không xảy ra, có thể xảy ra với người bị chiếu xạ nhưng cũng có thể xảy ra sau một thời gian dài bị chiếu xạ. Hiệu ứng này xảy ra với mọi giá trị liều và gọi là hiệu ứng muộn. Để đánh giá hậu quả của chúng chỉ có thể áp dụng phương pháp thống kê, tính xác suất. Hiệu ứng muộn được chia làm 2 loại :

* Hiệu ứng sinh thể: Giảm tuổi thọ, đục thuỷ tinh thể, tần suất xuất hiện bệnh ung thư cao hơn thường là ung thư máu, ung thư da, ung thư xương, ung thư phổi

* Hiệu ứng di truyền: Tăng tần suất xuất hiện các đột biến về di truyền, dị tật bẩm sinh, quái thai.

Không tồn tại ngưỡng liều mà dưới đó có thể khẳng định không bị ảnh hưởng của bức xạ và xác suất bị ảnh hưởng của hiệu ứng muộn (ngẫu nhiên) tăng theo mức liều nhận được. Bảng 2.5 đưa ra xác suất gây bệnh đối với bào thai khi thực hiện chiếu chụp X-quang quy ước và chụp CT

Bảng 2.5. Các bệnh muộn và ung thư sau khi chiếu chụp x-quang đối với bào thai [10]

Xét nghiệm Liều trung bình của bào thai mGy

Xác suất gây bệnh/lần xét nghiệm

Bệnh muộn Ung thư đến 15 tuổi

X-quang quy ước

Chụp bụng 1,4 1/30000 1/24000

Thụt Barium 6,8 1/6000 1/5000

22 Chụp thân 1,7 1/24000 1/20000 Cột sống thắt lưng 1,7 1/24000 1/20000 Khung chậu 1,1 1/38000 1/30000 Chụp CT Vùng bụng 8,0 1/4000 Cột sống thắt lưng 2,4 1/14000 Khung chậu 25 1/1300

So sánh xác suất gây bệnh đối với bào thai, tỷ lệ gây ung thư trong phép chụp CT cao hơn rất nhiều so với biện pháp chụp X-quang thông thường trong các phép chụp cột sống, đặc biệt là bụng và khung chậu.

Nguy cơ mắc ung thư cao khi thực hiện chẩn đoán bằng CT

Trên cơ sở thống kê rủi ro bức xạ trong phép chụp X-quang cho trẻ em, tỷ lệ mắc ung thư xảy ra ở các phép kiểm tra CT cao hơn nhiều so với các phép chẩn đoán X quang khác. Trong đó tỷ lệ mắc mung thư cao nhất là chụp CT thân, tần suất 1:1000 người; kế đến là chụp CT đầu với tỷ lệ mắc bệnh là 1:5000 người. Các phép chụp X quang thông thường tỷ lệ rủi ro mắc ung thư nhỏ hơn rất nhiều

Bảng 2.6. Rủi ro mắc ung thư khi chụp X quang [11]

Phép kiểm tra Liều hiệu dụng (mSv) Rủi ro mắc ung thư

Các chi <0,005 1/1 vài triệu

Ngực (PA) 0,01 1/1 triệu

Xương sống (PA, AP, Lat) 0,07 1/150000

Vùng chậu 0,08 1/120000

AXR 0,10 1/100000

MCU 1,0 1/10000

CT đầu 2 1/5000

CT thân 10 1/1000

Nguy cơ ung thư giảm khi tuổi càng tăng vì trẻ em có khoảng thời gian lớn hơn để một bệnh ung thư tiềm tàng được biểu hiện (thời gian tiềm ẩn cho các khối u thường

23

hàng chục năm) và vì sự phát triển trẻ em nhạy cảm với bức xạ hơn, vì chúng có một tỷ lệ lớn hơn của các tế bào phân chia. Ung thư do bệnh nhân bị chiếu xạ xuất hiện 20- 30 năm sau chẩn đoán. Tỷ lệ tử vong 50 % sẽ gây ra khoảng 15.000 người chết mỗi năm.[24]

Ước tính rằng 0,4% tổng số ca ung thư ở Mỹ là do chụp CT trong quá khứ và tăng lên 1,5-2% năm 2007 [15]. Điều này sẽ tương đương với tăng nguy cơ phát triển bệnh ung thư gây tử vong từ 1/1000 đến 1/2000 cho mỗi phép scan CT 10 mSv [16] hoặc 29.000 trường hợp ung thư mới tại Hoa Kỳ do số lần chụp CT được thực hiện trong năm 2007 [7]. Các bệnh ung thư phổ biến nhất gây ra do tiếp xúc với bức xạ được cho là ung thư phổi, ung thư vú, ung thư tuyến giáp, ung thư dạ dày và ung thư máu. Cũng theo một nghiên cứu năm 2009 tại Mỹ về phát hiện phép chụp CT gây ung thư được công bố một nghiên cứu thực hiện trong bốn bệnh viện San Francisco, phát hiện liều trung bình (của bức xạ) cao hơn bốn lần so với đề xuất liều bức xạ cho những phép chụp. Chỉ cần một CT chụp mạch vành trung bình tương đương với 309 chụp X-quang ngực. Nghiên cứu này phát hiện ra rằng một người phụ nữ 40 tuổi trong số 270 người đã trải qua một phép chụp CT động mạch vành sẽ mắc ung thư.

2.3. CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN LIỀU BỆNH NHÂN TRONG CHỤP CT

2.3.1. Chỉ số liều trên một lát cắt CTDI (Computed Tomography Dose Index)

Đại lượng cơ bản được sử dụng cho phép đo liều lượng trong CT là CTDI là liều kerma không khí hay liều hấp thụ (trong X quang chẩn đoán thì hai đại lượng này bằng nhau [22]). Có 2 loại giá trị CTDI được đề cập đến là CTDI weighted và CTDI

volume. Hai đại lượng này là chỉ số liều Kerma không khí được đo trên hình nộm có hệ số mô tương đương bệnh nhân, giá trị CTDI volume có nguồn gốc từ CTDI weighted và tính cho các thông số scan của từng bệnh nhân riêng biệt. Các đại lượng này không phải là liều bệnh nhân.

24      D z dz NT CTDI 1 ( ) (mGy) (2.1) Với : - T là bề dày lát cắt

N : số lượng lát cắt khi ống phát tia X xoay được một vòng 360 độ

D(z) : hàm phân bố liều hấp thụ của mặt cắt góc vuông góc với trục z (phương dọc theo chiều dài bệnh nhân)

Hình 2.1. Giá trị CTDI ở hệ thống đơn và đa lát cắt

Trong thực tế, giá trị CTDI weighted có thể tính được bằng cách dùng buồng ion hóa dạng bút chì có chiều dài 10 cm, đo trên hình nộm làm bằng chất liệu PMMA (gồm 2 mẫu trụ đồng nhất có đường kính 16 cm _ ứng với mô hình đầu người và 32 cm_ ứng với mô hình thân người chuẩn trong CT). Giá trị thu được gồm chỉ số liều tại trung tâm của hình nộm - CTDI trung tâm và chỉ số liều đo tại các vị trí rìa xung quanh của hình nộm - CTDI vùng rìa (lấy giá trị trung bình của 4 vị trí đo)

Giả định rằng liều sẽ giảm tuyến tính từ bề mặt mẫu chiếu vào bên trong, giá trị CTDI weighted trung bình của mỗi lát cắt được tính như sau :

vungrìa trungtâm w CTDI CTDI CTDI 3 2 3 1   (mGy) (2.2)

CTDIvol được gọi là liều trung bình của tổng thể tích vùng được quét liên tục hay xoắn ốc

pitch CTDI

25

Hình 2.2. Hình nộm và buồng ion dạng bút dùng để đo CTDI Mối quan hệ giữa CTDI và liều bệnh nhân:

 CTDI không đại diện cho liều bệnh nhân, không tính đến kích cỡ, hình dáng, cấu tạo, chiều dài quét. Là liều từ phép quét không có sự dịch chuyển của bàn.

 Thực hiện giữ nguyên CTDI nhưng với các bệnh nhân có kích cỡ khác nhau thì liều bệnh nhân khác nhau: bệnh nhân có cỡ nhỏ hơn nhận liều cao hơn.

 Điều chỉnh CTDI tỷ lệ với kích cỡ bệnh nhân: CTDI nhỏ hơn cho bệnh nhân có kích cỡ nhỏ hơn thì liều bệnh nhân gần như tương đương.

2.3.2.Tích liều chiều dài (Dose length Product _DLP)

Giá trị liều hấp thụ bức xạ theo chiều dài vùng được quét là DLP. Giá trị này phụ thuộc vào CTDI vol và chiều dài vùng chiếu.

L CTDI

DLP vol. (mGy.cm) (2.4)

Với L là chiều dài quét (cm). Với trường hợp quét xoắn ốc, giá trị này bằng tổng chiều dài được chiếu trong quá trình thu dữ liệu.

Các giá trị CTDI và DLP là các giá trị thường hiển thị trên máy CT sau khi kỹ thuật viên thiết lập các thông số chụp cho bệnh nhân. Thông thường các giá trị này được áp dụng để làm mức chỉ dẫn cho chụp CT.

2.3.3.Liều hiệu dụng và liều cơ quan trong chụp CT

Việc tính toán liều hiệu dụng và liều cơ quan cho bệnh nhân chụp CT khá phức tạp. Một cách thức thường được sử dụng sử dụng rộng rãi trong vật lý phóng xạ để

26

đánh giá liều cơ quan là phương pháp mô phỏng Monte Carlo. Phương pháp Monte Carlo mô phỏng các quá trình tương tác khác nhau của photon với môi trường vật chất. Mỗi lần một photon được giải phóng, đường đi của nó qua cơ thể được mô phỏng, liều bức xạ giải phóng vào các thể tích khác nhau trong môi trường được chứa đựng trong các điểm ảnh ba chiều tương ứng (corresponding voxels). Dọc theo đường đi của photon khác nhau liều chiếu xạ tới các cơ quan khác nhau được đánh giá. Các tương tác thường được mô phỏng là hấp thụ quang điện và tán xạ Compton. Mỗi tương tác này có một khả năng xảy ra phụ thuộc vào năng lượng của photon trước khi xảy ra tương tác. Các sự kiện của photon chấm dứt khi photon bị hấp thụ hoặc năng lượng của photon giảm tới ngưỡng xác định và chấm dứt khi photon thoát ra khỏi hình học quan tâm. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo đã được xác nhận với các phép đo trực tiếp và cho thấy nó có độ chính xác cao.

Có 2 cách tiếp cận thường dùng để mô phỏng cơ thể con người. Một là sử dụng hình nộm toán học (cũng được biết đến với tên gọi hình nộm hình học) trong đó cơ thể và các cơ quan được cấu trúc lên bởi các khối hình học rắn. Cách thứ hai là sử dụng một hoặc nhiều khối hình nộm 3 chiều (voxel phantoms) dựa trên giải phẫu con người. Hình nộm này có thể thu được từ hình ảnh chụp CT toàn thân hoặc hình ảnh cộng hưởng từ được chia thành từng mảng đối với từng cơ quan khác nhau và loại mô khác nhau.

Kết quả của phép mô phỏng trên hình nộm thu được các hệ số chuyển đổi liều không khí của các cơ quan trong cơ thể. Và cũng giống như bản chất của phép mô phỏng, hệ số chuyển đổi liều các cơ quan được đánh giá liên quan đến sai số thống kê. Thông thường, sai số thống kê đối với liều các cơ quan nằm trong trường bức xạ nhỏ hơn các cơ quan nằm bên ngoài.

Hiện nay trên thế giới, các hệ số chuyển đổi liều cơ quan được sử dụng trong CT được lấy từ kết quả nghiên cứu của GSF là trung tâm nghiên cứu quốc gia về môi trường và y tế của Đức hoặc NRPB - ủy ban bảo vệ an toàn bức xạ của Anh.

Bảng 2.7. Hệ số chuyển đổi liều các cơ quan/ kerma tới được tính cho 2 loại hình nộm: hình nộm 3 chiều và hình nộm toán học) [14]

27

Cơ quan Hệ số chuyển đổi liều các cơ quan/ kerma tới Hình nộm 3 chiều Hình nộm toán học nam giới

Đại tràng 0,04 0,008 Gan 0,30 0,27 Phổi 0,51 0,79 Tuyến tụy 0,19 0,32 Tủy xương đỏ 0,21 0,21 Khung xương 0,33 0,39 Lá lách 0,52 0,39 Ruột non 0,04 0,01 Thành dạ dày 0,24 0,14 Tuyến giáp trạng 0,18 0,14 Bề mặt (lối vào) 1,40 1,39 Bề mặt (lối ra) 0,07 0,09

Sử dụng các dữ liệu này, liều của các cơ quan trong một phép chụp CT được tính bằng tổng các hệ số chuyển đổi cho từng lát cắt i của hình nộm nằm trong thể tích quét thực. Khi đó, liều của từng cơ quan được tính bằng công thức:

𝐷𝑇 = 𝐶𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí,100

𝑝 ∑ 𝑐𝑖 𝐷𝑇,𝐾𝑖 (2.5) Trong đó, p là giá trị pitch

𝑐𝐷𝑇,𝐾𝑖là hệ số chuyển đổi liều của các cơ quan / liều kerma không khí tới).

𝑐𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑘ℎí,100là giá trị CTDI đo được trong không khí bằng buồng ion hóa dạng bút chì dài 10 cm.

Như vậy, liều tính được cho các cơ quan chính là liều hấp thụ; để quy đổi ra liều tương đương, áp dụng công thức:

𝐻T = 𝐷𝑇. 𝑊𝑅 (2.6)

Với 𝑊𝑅 Là trọng số bức xạ, đối với tia X, trọng số bức xạ 𝑊𝑅 = 1

Liều hiệu dụng E là tổng liều tương đương của từng mô nhân với trọng số mô tương ứng tính cho tất cả các mô và cơ quan trong cơ thể, được xác định bằng công thức:

𝐸 = ∑ 𝐻𝑇 T𝑊𝑇 (2.7)

Với 𝑊𝑇 là trọng số mô. Giá trị mới nhất của 𝑊𝑇 được đưa ra trong ấn phẩm ICRP 103 như sau:

28

Bảng 2.8. Trọng số mô theo ICRP 103

Mô WT WT

Tủy xương (màu đỏ), ruột kết, phổi, dạ dày, vú, các mô còn lại (*)

0,12 0,72

Tuyến sinh dục 0,08 0,08

Bàng quang, thực quản, gan, tuyến giáp

0,04 0,16

Bề mặt xương, não, tuyến nước bọt, da

0,01 0,04

Toàn thân 1

(*) Mô còn lại: tuyến thượng thận, túi mật, tim, thận, các hạch bạch huyết, cơ, niêm mạc miệng, tuyến tụy, tuyến tiền liệt (♂), ruột non, lá lách, tuyến ức, tử cung / cổ tử cung (♀).

2.4. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LIỀU TRONG CHỤP CT

Ngày nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu về liều bệnh nhân và các biện pháp giảm liều cho bệnh nhân khi chẩn đoán bằng CT. Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế - IAEA đã đưa ra mức chỉ dẫn liều trong chụp cắt lớp vi tính cho bệnh nhân trong tài liệu BSS 115. Uỷ ban Quốc tế về An toàn bức xạ - ICRP đã giới thiệu các ấn phẩm nghiên cứu về liều bệnh nhân trong CT như ICRP 87 _Managing Patient Dose in Computed Tomography (Quản lý liều bệnh nhân trong chụp CT) hoặc ICRP 102 Managing Patient Dose in Multi-Detector Computed Tomography (Quản lý liều bệnh nhân trong chụp CT đa lát cắt).

Việc giảm liều bệnh nhân chụp CT được thực hiện dựa trên sự phối hợp của các bác sĩ chẩn đoán, kỹ thuật viên chụp, nhà sản xuất:

2.4.1. Đối với kỹ thuật viên chụp CT

- Sử dụng các kỹ thuât chụp giúp giảm liều bệnh nhân như sau:

 Giảm cao áp kVp và giá trị dòng mAs

 Sử dụng giá trị pitch cao (đối với các máy có chế độ xoắn ốc)

 Hạn chế quét chiều dài không cần thiết