Tài liệu Tính toán liều hấp thụ trong kỹ thuật ghi hình pet ct tại bệnh viện 103

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- NGÔ VĨNH ĐIỆP TÍNH TOÁN LIỀU HẤP THỤ TRÊN BỆNH NHÂN GHI HÌNH PET/CT TẠI BỆNH VIỆN 103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- NGÔ VĨNH ĐIỆP TÍNH TOÁN LIỀU HẤP THỤ TRÊN BỆNH NHÂN GHI HÌNH PET/CT TẠI BỆNH VIỆN 103 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân Mã số: 84400130.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn này với tên gọi “Tính toán liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình PET/CT tại bệnh viện 103” là công trình nghiên cứu do chính tôi − học viên Ngô Vĩnh Điệp chuyên ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân, Khoa Vật lý, trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Bùi Văn Loát. Bản luận văn không sao chép từ bất kỳ tài liệu nào. Nếu bản luận văn này đƣợc sao chép từ bất kỳ tài liệu nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc đơn vị đào tạo và pháp luật. Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2020 Học Viên Ngô Vĩnh Điệp LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình hoàn thành luận văn của mình, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Đầu tiên, em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Văn Loát, Khoa Vật lý - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên ngƣời thầy đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn em hoàn thành luận văn này. Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đối với tập thể các giảng viên Khoa Vật lý, các cán bộ phòng Sau đại học Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã chỉ bảo và giảng dạy em trong suốt những năm học qua cũng nhƣ việc hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đề tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ (mã số 08/HĐ/ĐTCB, thuộc quản lý của Viện Năng lƣợng Nguyên tử Việt Nam) đã hỗ trợ một phần quá trình thực nghiệm đƣợc thực hiện trong luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tới Chủ nhiệm khoa và toàn thể cán bộ trong khoa Y học hạt nhân, Bệnh viện quân y 103, đã cung cấp cơ sở vật chất và chỉ bảo tận tình em trong suốt quá trình làm thực nghiệm, nghiên cứu, hoàn thành luận văn. Cuối cùng, xin đƣợc bày tỏ tình cảm tới những ngƣời thân trong gia đình, các bạn trong tập thể lớp cao học Vật lý 2018-2020 đã động viên, hỗ trợ em về mọi mặt. Em xin chân thành cảm ơn! Học viên: Ngô Vĩnh Điệp MỤC LỤC CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 4 1.1. Kỹ thuật và nguyên lý ghi hình PET/CT ........................................................... 4 1.1.1. Kỹ thuật ghi hình PET/CT ..........................................................................4 1.1.2. Nguyên lý ghi hình PET/CT .......................................................................6 1.2. Thuốc phóng xạ dùng trong PET/CT ............................................................... 11 1.3. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa ............................................................. 13 1.3.1. Một số đại lƣợng đo liều dùng trong y học hạt nhân ................................ 13 1.3.2. Chu kỳ bán rã hiệu dụng ...........................................................................16 1.3.3. Hiệu ứng bức xạ với cơ thể sống............................................................... 18 1.4. Liều hấp thụ cho bệnh nhân trong chụp PET/CT ............................................21 CHƢƠNG 2. THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP ............................................................ 23 2.1. Thiết bị ghi hình PET/CT ................................................................................23 2.2. Cấu tạo máy ghi hình PET/CT .........................................................................24 2.2.1. Hệ thống máy CT ...................................................................................... 24 2.2.2. Hệ thống máy PET ....................................................................................26 2.3. Phƣơng pháp tính liều chiếu ............................................................................29 2.3.1. Tính liều chiếu ngoài .................................................................................29 2.3.2. Tính liều chiếu trong theo phƣơng pháp MIRD ........................................34 2.3.3. Tính thời gian tồn lƣu thuốc phóng xạ từ hình ảnh PET/CT ....................42 2.4. Chƣơng trình tính liều OLINDA .....................................................................45 2.5. Phƣơng pháp thực nghiệm ...............................................................................48 2.5.1. Quy trình ghi hình PET/CT .......................................................................48 2.5.2. Kiểm chuẩn hệ thống ghi hình PET/CT ....................................................48 2.5.3. Chuẩn bị bệnh nhân và ghi hình PET/CT .................................................54 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................56 3.1. Liều hiệu dụng đối với liều chiếu ngoài .......................................................... 56 3.2. Liều hiệu dụng đối với liều chiếu trong ........................................................... 56 3.2.1. Các số liệu thực nghiệm ............................................................................56 3.2.2. Liều hiệu dụng từ chƣơng trình OLINDA ................................................62 3.3. Bàn luận ...........................................................................................................63 3.3.1. Liều hiệu dụng đối với liều chiếu ngoài ....................................................63 3.2.2. Liều hiệu dụng đối với liều chiếu trong ....................................................64 KẾT LUẬN ...................................................................................................................66 KIẾN NGHỊ ...................................................................................................................67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Sơ đồ máy quét PET / CT đầu tiên, hình ảnh kết hợp của CT và PET đƣợc hiển thị trên màn hình Nguyên lý chụp CT Sơ đồ minh họa hiện tƣợng hủy cặp positron – electron và cách bố trí các đầu dò PET thành vòng tròn khép kín để ghi nhận các tia gamma đƣợc sinh ra Nguyên lý ghi hình PET/CT Hệ thống ghi hinh PET/ CT tại Bệnh viện Quân y 103 Cấu tạo bóng phát tia X Cấu tạo hệ thống máy CT Detector trong hệ thống PET/CT Đồ thị liều đặc trƣng cho một lát cắt có bề dày 10mm Các mối liên hệ khả dĩ giữa cơ quan nguồn “S” và cơ quan bia “T” Giá trị SUV trong ghi hình PET/CT Đồ thị biểu diển %ID theo thời gian ghi hình, 3 điểm rời rạc là giá trị thu đƣơc từ hình ảnh PET/CT. Giao diện chính của phần mềm tính liều OLINDA Quy trình ghi hình toàn thân PET/CT Hệ thống đo liều sử dụng phần mềm Isomed Vành chữ U và các container chì. Hệ thống phantom và giá đỡ phantom dùng để kiểm tra CT Phantom dùng để kiểm chuẩn hệ thống PET Kết quả kiểm tra CT_ IQ chek Kết quả kiểm tra CT_Daily Kết quả kiểm tra PET_ Daily QC Kết quả kiểm chuẩn SUV 5 7 10 10 23 25 26 27 32 35 42 44 47 48 49 49 50 50 51 52 53 53 DANH MỤC BẢNG 11 Bảng 1.2 Đặc tính cơ bản (chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng chạy trung bình trong nƣớc, năng lƣợng trung bình) của một số thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đoán PET/CT) Trọng số WR của một số loại bức xạ ion hóa Bảng 1.3 Trọng số WT của các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể 16 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Thời gian bán rã sinh học, Tb của một số nhân phóng xạ. Thời gian bán rã hiệu dụng của một số nhân phóng xạ thƣờng gặp trong y học hạt nhân Thông số và đặc tính của các loại tinh thể Giá trị hệ số chuyển đổi k ứng với các cùng cơ thể theo độ tuổi Giá trị hệ số chuyển đổi EDLP (mSv/mGy.cm) Ký hiệu, đại lƣợng và đơn vị đƣợc sử dụng trong lƣu đồ tính toán của MIRD Tỉ số hấp thụ riêng  (g-1) với các mức năng lƣợng khác nhau tƣơng ứng cơ quan nguồn là gan trong mô hình ngƣời giả chuẩn Liều hiệu dụng của bệnh nhân khi chụp CT_surview Liều hiệu dụng của bệnh nhân khi chụp CT scan Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 1 Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 2 Giá trị hấp thu chuẩn hóa trung bình của bệnh nhân 3 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 1 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 2 Giá trị % ID liều hấp thụ của bệnh nhân 3 Chu kỳ bán rã hiệu dụng tại các cơ quan của 3 bệnh nhân Chu kỳ bán rã sinh học tại các cơ quan của 3 bệnh nhân Giá trị hoạt độ tích lũy các cơ quan nguồn Thời gian tồn lƣu thuốc phóng xạ So sánh liều hiệu dụng của chụp CT trong ghi hình PET/CT tại Bệnh viện 103 với các nghiên cứu khác So sánh liều hiệu dụng của chụp CT trong ghi hình PET/CT với chụp CT trong chẩn đoán So sánh liều chiếu trong trong ghi hình PET/CT tại Bệnh viện 103 với các nghiên cứu khác 18 18 Bảng 1.1 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 15 27 34 34 35 39 56 56 57 57 58 59 59 60 60 61 61 62 64 64 65 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt 2D 3D CTDI DLP 18 F-FDG GSO ICRP LSO LYSO MIRD OLINDA PET/CT PMT ROI SPECT SUV VOI Tiếng Anh 2 Dimensional 3 Dimensional CT dose index Dose length product Fluoro-DeoxyGlucose Gadolinium OxyorthoSilicate International Commission on Radiological Protection Lutetium OxyorthoSilicate LutetiumYttrium OxyorthoSilicate Medical Internal Radiation Dose Organ Level INternal Dose Assessment Positron Emission Tomogrphy/Computed Tomography Photomultiplier tube Region Of interest Single-Photon Emission Computed Tomography Standardized Uptake Value Volume Of interest Tiếng Việt 2 chiều 3 chiều Liều hấp thụ trên một lát cắt Liều chiều dài Thuốc phóng xạ FDG Tinh thể GSO Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ bức xạ Tinh thể LSO Tinh thể LYSO Ủy ban liều bức xạ chiều trong trong y học Chƣơng trình đánh giá liều ở mức cơ quan Máy chụp hình cắt lớp bằng bức xạ positron –máy chụp hình cắt lớp vi tính Ống nhân quang Vùng quan tâm Máy chụp cắt lớp bức xạ đơn photon Giá trị hấp thu tiêu chuẩn SUV Thể tích quan tâm DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu A0 A(rS,t) A  rS ,TD  Tiếng việt Hoạt độ tiêm ban đầu Hoạt độ trong cơ quan nguồn tại thời điểm t Hoạt độ tích luỹ trong cơ quan nguồn a  rS ,TD  Thời gian tồn lƣu thuốc phóng xạ D  rT ,t  Suất liều hấp thụ đến cơ quan bia D  rT ,TD  Liều hấp thụ đến cơ quan bia DR  rT ,TD  Liều hấp thụ đến cơ quan bia bởi bức xạ R d  rT ,TD  Hệ số liều hấp thụ E Ei Liều hiệu dụng Năng lƣợng trung bình của bức xạ thứ i H  rT ,TD  Liều tƣơng đƣơng đến cơ quan bia h  rT ,TD  Hệ số liều tƣơng đƣơng M(rT, t) rS rT Khối lƣợng cơ quan bia Cơ quan nguồn (source) Cơ quan bia (target) S  rT  rS ,t  Sw  rT  rS ,t  Tp Tb Te TD WR WT Yi i   rT  rS ,Ei ,t    rT  rS ,Ei ,t  Giá trị S Giá trị S đƣợc lấy trọng số bức xạ Thời gian bán rã Vật lý Thời gian bán rã sinh học Thời gian bán rã hiệu dụng Thời gian tích luỹ liều Trọng số bức xạ Trọng số mô Số bức xạ thứ i trên dịch chuyển hạt nhân Năng lƣợng trung bình của bức xạ thứ i trên dịch chuyển hạt nhân Tỉ số hấp thụ Tỉ số hấp thụ riêng LỜI MỞ ĐẦU Kỹ thuật chụp hình PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại và đang đƣợc sử dụng phổ biến ở các nƣớc phát triển. Từ khi máy chụp cắt lớp bằng bức xạ positron (Pozitron emission tomography) kết hợp máy CT (computed tomography) trên cùng 1 hệ thống, đã mở rộng phạm vi ứng dụng của kỹ thuật chụp hình PET/CT trong việc chẩn đoán hình ảnh, trong Ung bƣớu và nhiều lĩnh vực khác. Nhờ sự kết hợp giữa PET và CT trên cùng một hệ thống, cho phép phát huy và kết hợp những ƣu điểm về hình ảnh thu đƣợc từ CT và hình ảnh PET, đồng thời cũng khắc phục một số nhƣợc điểm của mỗi loại thiết bị riêng biệt. Chính sự kết hợp PET và CT trên cùng một hệ thống cho ta thông tin về ảnh hình thái cấu trúc cùng với thông tin về chức năng của ngƣời bệnh. Kỹ thuật PET cung cấp các thông tin và dữ liệu về chức năng chuyển hóa của khối u, thƣờng xảy ra sớm hơn những biến đổi về cấu trúc, giúp cho bác sỹ lâm sàng chẩn đoán sớm và tốt hơn các bệnh lý nhƣ thần kinh, tim mạch và ung thƣ... Tuy nhiên các hình PET không cho hình ảnh rõ nét về cấu trúc giải phẫu nhƣ CT và MRI. Ảnh y học thu đƣợc từ kỹ thuật PET có độ phân giải thấp hơn, không rõ nét về cấu trúc giải phẫu là do lƣợng dƣợc chất phóng xạ đƣa vào bị hạn chế để sao cho liều chiếu trong mà bệnh nhân nhận đƣợc không quá cao. Sự kết hợp giữa hai kỹ thuật này đã có đƣợc ƣu điểm của PET và CT làm cho chất lƣợng hình ảnh PET/CT đƣợc cải thiện rất nhiều so với chụp hình PET đơn thuần trƣớc đây, qua đó cho ta chính xác vị trí giải phẫu và đặc điểm tổn thƣơng của khối u. Kỹ thuật PET/CT là một kỹ thuật phát hiện ung thƣ chính xác nhất hiện nay [4]. Hệ thống PET/CT đầu tiên ra đời năm 1998 và đƣợc đƣa vào ứng dụng trong chẩn đoán lâm sàng năm 2000. Sự ra đời của PET/CT đánh dấu một bƣớc phát triển quan trọng của y học hiện đại. Cho đến hiện nay, cùng với sự phát triển của Khoa học và công nghệ thì hệ thống PET/CT vẫn liên tục đƣợc cải tiến. Qua đó đã rút ngắn thời gian ghi hình, đồng thời cũng cho những hình ảnh rõ nét và chính xác xác hơn, giúp ích cho các bác sĩ chẩn đoán đƣợc sớm, chính xác hơn, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân. Bên cạnh ƣu điểm đã nêu, về khía cạnh an toàn 1 bức xạ, chụp hình theo kỹ thuật PET/CT có hạn chế là liều hấp thụ mà bệnh nhân nhận đƣợc lớn hơn so với 2 phƣơng pháp riêng biệt. Cùng một lúc bệnh nhân vừa phải chịu liều chiếu ngoài do chùm tia X gây ra trong khi chụp hình CT, đồng thời bệnh nhân còn bị chịu liều chiếu trong do các đồng vị phóng xạ đƣợc đƣa vào cơ thể khi chụp PET. Các đồng vị phóng xạ đƣợc đƣa vào trong cơ thể phục vụ cho chụp hình PET sẽ suy giảm theo thời gian do quá trình phân rã vật lý và đào thải sinh học. Tùy theo chu kỳ bán rã hiệu dụng của đồng vị phóng xạ đƣợc sử dụng và liều ban đầu đƣa vào trong cơ thể bệnh nhân chịu liều tích lũy xác định. Việc tính toán liều tích lũy cho bệnh nhân khi chụp PET và PET/CT là cần thiết để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của bức xạ tới bệnh nhân. Hiện nay tại Khoa Y học hạt nhân bệnh viện 103 đƣợc trang bị hệ thống PET/CT, chỉ định chụp chẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân ung thƣ. Mức độ ảnh hƣởng tới ngƣời bệnh nhƣ thế nào là vấn đề cần quan tâm. Chính vì vậy trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp của mình, học viên đã chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp: “Tính toán liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình PET/CT tại bệnh viện 103”. Mục tiêu chính của Luận văn tìm hiểu phƣơng pháp và tiến hành thực nghiệm tính liều đối với bệnh nhân chụp hình PET/CT nhận đƣợc. Nội dung chính của bản Luận văn: (1). Tổng quan về kỹ thuật ghi hình PET/CT và nguyên tắc hoạt động của hệ thống ghi hình PET/CT (2). Phƣơng pháp tính liều chiếu ngoài trong chụp hình CT (3). Xác định chu kỳ bán rã hiệu dụng và chu kỳ bán rã sinh học của 18 F tại một số cơ quan trong cơ thể ngƣời bệnh. (4). Nghiên cứu mô hình tính liều chiếu trong và phƣơng pháp tính liều tích lũy tại các mô dựa vào ảnh PET đối với bệnh nhân. (5). Tiến hành thực nghiệm xác định liều chiếu ngoài và liều chiếu trong trên một số bệnh nhân và liều hiệu dụng cho mỗi bệnh nhân chụp hình PET/CT. 2 Luận văn dài 70 trang, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng: Chƣơng 1. Tổng quan. Chƣơng 2. Thiết bị và Phƣơng pháp. Chƣơng 3: Kết quả và bàn luận. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Kỹ thuật và nguyên lý ghi hình PET/CT 1.1.1. Kỹ thuật ghi hình PET/CT  Trên thế giới Máy ghi hình positron đầu tiên đã đƣợc phát minh vào những năm đầu của thập niên 1950 bởi nhà vật lý Brownell và bác sĩ Sweet. Họ nghiên cứu phƣơng pháp chụp xạ hình não bằng Arsenic-74 tại bệnh viện Massachusetts. Vào cuối thập niên 1950, khái niệm chụp hình tái tạo 3 chiều phát xạ (Emission) và truyền qua (Transmision) đƣợc giới thiệu bởi David E. Kuhl và Roy Edwards [31]. Đây đƣợc xem là tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo máy ghi hình PET (Positron Emission Tomography) sau này tại Trƣờng Đại học Pensylvania. Vào đầu những năm 1970 lần lƣợt các thế hệ máy PET ra đời, khởi đầu là máy PET hai mặt phẳng đầu dò tinh thể NaI(TI) cho đến thiết kế hoàn chỉnh tối ƣu. Hiện tại máy PET với các khối đầu dò bố trí liên tục với nhau tạo thành một vòng tròn đầu dò khép kín. Năm 1977, hình ảnh PET đầu tiên đã đƣợc thực hiện. Tới giữa năm 1980, PET lần đầu đƣợc sử dụng nhƣ một công cụ chẩn đoán trong lâm sàng. Vào năm 1972, máy chụp cắt lớp vi tính hay còn gọi là chụp CT scanner (CT) đƣợc phát minh bởi Nhà Vật lý ngƣời Anh Godfrey Hounsfield và bác sĩ Allan Cormack. Máy CT đầu tiên đƣợc đƣa vào ứng dụng trong lâm sàng vào năm 19741976, lúc này máy CT chỉ đƣợc dùng để chụp sọ não, thời gian chụp một lát cắt mất vài giờ. Từ những năm 1980 trở về sau, CT đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn trong lâm sàng, đƣợc áp dụng cho tất cả các bộ phận trong cơ thể, thời gian chụp nhanh hơn và chất lƣợng hình ảnh cao hơn [30]. Đến năm 1998, Dr. Ron Nutt và Dr. David Townsend đã kết hợp thành công hai hệ thống máy PET và CT tạo thành hệ thống máy ghi hình PET/CT trong dự án hợp tác với Trƣờng Đại học Pittsburgh. Thiết bị này đƣợc tạp chí Time’s (Time’s Magazine) bình chọn là phát minh y khoa của năm 2000 [11]. Đến năm 2001 máy PET/CT thƣơng mại đầu tiên ra đời. Đây là sự kết hợp hai khung máy PET và CT 4 trong cùng khung chụp, sử dụng chung một giƣờng chụp cho bệnh nhân. Bệnh nhân đƣợc chụp CT và đồng thời cũng đƣợc chụp PET ngay sau đó. Kết quả thu đƣợc hình ảnh kết hợp giữa PET và CT thể hiện rõ ràng cũng nhƣ vị trí của các tổn thƣơng đƣợc chính xác hơn so với từng kỹ thuật chụp PET và CT riêng biệt. Hình 1.1. a. Sơ đồ máy quét PET / CT đầu tiên. b.Hình ảnh kết hợp của CT và PET đƣợc hiển thị trên màn hình [37] Đến nay hệ thống máy PET/CT ngày càng đƣợc cái tiến, chất lƣợng hình ảnh ngày càng đƣợc nâng cao, thời gian chụp ngắn và thiết kế ngày càng tiện lợi. Có nhiều nhà cung cấp hệ thống PET/CT trên thế giới nhƣ GE, Healthcare, Hitachi Medical, Philips Medical Systems, Siemens Meical Solutions và Tập đoàn Y khoa Toshiba.  Tại Việt Nam Ở nƣớc ta kỹ thuật ghi hình PET/CT đƣợc ứng dụng lâm sàng muộn hơn so với các nƣớc phát triển. Máy ghi hình PET/CT đầu tiên của Việt Nam đƣợc lắp đặt tại Bệnh viện Chợ Rẫy vào năm 2009. Tính đến nay trên cả nƣớc đã có khoảng 15 máy PET/CT tập trung tại một số thành phố lớn nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí 5 Minh và Đà Nẵng. Một số bệnh viện đƣợc trang bị máy ghi hình PET/CT là: Bệnh viện Bạch Mai, Bệnh viện Trung ƣơng Quân đội 108, Bệnh viện Quân y 103, Bệnh viện K, Bệnh viện Ung bƣớu Hà Nội, Bệnh viện Việt Đức, Bệnh viện VINMEC, Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Quân y 175 và một số Bệnh viện khác. Trong những năm gần đây kỹ thuật chẩn đoán y học bằng máy PET/CT ngày càng chứng tỏ đƣợc tính ƣu việt của mình trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh và ngày càng có những đóng góp to lớn trong chẩn đoán và điều trị cũng nhƣ nghiên cứu y học. 1.1.2. Nguyên lý ghi hình PET/CT Ghi hình PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại. Để có đƣợc hình ảnh PET/CT, bệnh nhân sẽ đƣợc chụp và ghi hình đồng thời bằng kỹ thuật là kỹ thuật chụp CT và kỹ thuật chụp PET trên cùng một hệ thống PET/CT. Hình ảnh CT và hình ảnh PET sẽ đƣợc chuyển đến hệ thống máy tính để xử lý, hiệu chỉnh dữ liệu, tái tạo và chồng ảnh để tạo thành hình ảnh PET/CT. Sự kết hợp này giúp chúng ta sử dụng đƣợc những ƣu điểm của CT và PET. Hình ảnh thu đƣợc đƣợc từ kỹ thuật PET/CT có chất lƣợng đƣợc cải thiện hơn nhiều so với ảnh thu đƣợc từ kỹ thuật CT và PET riêng biệt. Ảnh thu đƣợc từ kỹ thuật PET/CT chính xác, vị trí tổn thƣơng rõ ràng và sớm hơn so với chụp CT và PET đơn thuần. Các bức xạ tia X sử dụng trong chụp cắt lớp CT có năng lƣợng dƣới 150 keV, rất nhỏ so với năng lƣợng 511 keV đƣợc sử dụng trong chụp ảnh kỹ thuật PET. Không thể chọn đƣợc một detector nào vừa có hiệu suất ghi các photon có năng lƣợng cỡ dƣới 150 keV và hiệu suất ghi cả các photon có năng lƣợng 511 keV đều cao. Chính vì vậy hệ thống đầu dò (hệ thống detector) thu ảnh của hệ PET và hệ CT sẽ khác nhau [5].  Nguyên lý chụp CT Trong chụp hình theo kỹ thuật CT, ban đầu chùm bức xạ hãm (tia X) phát ra từ bóng phóng tia X, đƣợc cho đi qua tổ chức hay bộ phận cần thăm khám. Với cƣờng độ Io ban đầu phát ra từ ống phóng tia X chiếu tới cơ thể, sau khi đi qua cơ quan đƣợc thăm khám và cơ thể cƣờng độ chùm bức xạ bị suy giảm theo quy luật hàm số mũ. Chùm tia X sau khi đi qua bộ phận cần chụp mang thông tin cấu trúc 6 (mật độ mô) về bộ phận mà chùm bức xạ đã đi qua. Chùm bức xạ này đƣợc ghi nhận bằng hệ thống detector hay còn gọi là hệ thống đầu dò bức xạ, đƣợc đặt đối diện với ống phát tia X qua bệnh nhân. Bóng phát tia và các detector đƣợc thiết kế để có thể chuyển động quay tròn xung quanh ngƣời bệnh tạo ra các CT xoắn ốc. Tín hiệu điện thu đƣợc từ hệ thống detector từ những góc xung quanh bệnh nhân là dữ liệu dƣới dạng thô, mang thông tin về vị trí. Các dữ liệu thô này đƣợc gửi tới hệ thống xử lý dữ liệu trong hệ thống tạo ảnh. Các dữ liệu thô mang thông tin về cơ quan đã đi qua, sau khi đƣợc xử lý sẽ thu đƣợc ảnh y học. Liều bức xạ sử dụng trong chụp CT phải thỏa mãn 2 yêu cầu: đủ nhỏ để bệnh nhân chịu liều chiếu ngoài đủ thấp và đủ lớn để có thể nhận đƣợc ảnh CT rõ nét. Với liều chiếu vào bệnh nhân không lớn, để thu đƣợc ảnh rõ nét thì hệ detector ghi nhận trong hệ CT phải có hiệu suất ghi cao trong vùng năng lƣợng tia X đƣợc sử dụng. Hình 1.2. Nguyên lý chụp CT 7  Nguyên lý ghi hình PET Cũng giống kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp SPECT, kỹ thuật chụp cắt lớp PET thuộc kỹ thuật ghi hình y học phóng xạ, tạo ra hình ảnh phân bố của các hạt nhân phóng xạ tại bộ phận cần thăm khám. Muốn vậy, ngƣời ta phải đƣa vào cơ thể ngƣời bệnh một hợp chất đánh dấu thích hợp, trong đó có gắn đồng vị phóng xạ đƣợc gọi là dƣợc chất phóng xạ. Thuốc phóng xạ thƣờng đƣợc đƣa vào cơ thể bằng cách tiêm tĩnh mạch. Để có hình ảnh phân bố của các đồng vị phóng xạ thì các bức xạ hạt nhân phát ra phải đi đến đƣợc hệ thống detector ghi nhận nằm trong hệ thiết bị PET. Do các bộ phận cần thăm khám nằm sâu trong cơ thể, nên bức xạ beta hoặc alpha là không thích hợp vì không thể xuyên qua các mô trong cơ thể để đến detector. Vì vậy ngoài yêu cầu dƣợc chất phóng xạ đƣợc bộ phận thăm khám hấp thu mạnh và dễ dàng, các đồng vị phóng xạ sau khi phân rã phải phát ra bức xạ gamma hay bức xạ gamma hủy cặp. Trong kỹ thuật chụp cắt lớp PET bức xạ gamma đƣợc ghi nhận là 2 bức xạ gamma hủy cặp, năng lƣợng 511 keV. Hệ detector sẽ ghi nhận trùng phùng (đồng thời) 2 bức xạ gamma hủy cặp đƣợc phát ra từ một đồng vị có trong bộ phận thăm khám. Tín hiệu điện thu đƣợc từ hệ detector cũng đƣợc gửi tới hệ thống xử lý ảnh, để xử lý và tạo ảnh PET. Hình ảnh chức năng PET cung cấp những thông tin chuyển hóa các đồng vị đánh dấu. Những tế bào, mô tăng chuyển hóa trên hình ảnh PET sẽ cho thấy tổn thƣơng tăng tập trung phóng xạ. Trong ghi hình PET, ngƣời ta đƣa vào bệnh nhân đồng vị phân rã phóng xạ β+ nào đó với chất mang thích hợp. Sau một thời gian nào đó các dƣợc chất phóng xạ phân bố tập trung cao hơn tại những mô tăng chuyển hóa, có khả năng hấp thu mạnh các dƣợc chất đƣa vào. Hạt nhân phân rã β+ là hạt nhân thừa proton, phân rã phát β+. Thực chất trong hạt nhân đó đã có 1 proton biến đổi thành 1 neutron bằng cách phát ra 1 hạt positron và 1 hạt neutrino, theo phƣơng trình phân rã rút gọn sau: 1 1 p  01n  10    Phổ của positron là phổ liên tục, năng lƣợng của nó biến đổi từ 0 đến năng lƣợng cực đại bằng năng lƣợng phân rã β+ [4]. Khi sinh ra, positron có động năng 8 ban đầu xác định, chúng tƣơng tác với các mô ở lân cận điểm sinh ra, và nhanh chóng mất dần năng lƣợng và cân bằng với chuyển động nhiệt trong cơ thể. Khi đó positron sẽ xảy ra hủy cặp với một electron trong cơ thể, kết quả tạo thành 2 bức xạ gamma có năng lƣợng 511 keV, bay ngƣợc chiều nhau. Hai bức xạ gamma 511 keV này đƣợc gọi là bức xạ gamma hủy cặp. Do quãng chạy của bức xạ positron trong cơ thể rất nhỏ không quá một vài mm, tùy thuộc vào năng lƣợng ban đầu đƣợc phát ra. Nếu đồng vị phân rã β+ đƣa vào cơ thể có năng lƣợng cực đại càng nhỏ, quãng chạy của nó càng nhỏ. Hơn nữa đƣờng đi của positron trong cơ thể là đƣờng khấp khúc. Vì vậy, có thể coi nhƣ vị trí hủy cặp positron và electron lân cận với vị trí của đồng vị vừa phân rã ra positron. Các bức xạ gamma hủy cặp đƣợc sinh ra bay ngƣợc chiều nhau sau khi đi qua cơ thể bay tới 2 detector đối diện bao quanh bệnh nhân. Khi đó ở lối ra của mỗi đầu đo tƣơng ứng xuất hiện xung điện. Các xung điện này đƣợc đƣa vào bộ trùng phùng, lối ra của bộ trùng phùng xuất hiện xung điện đƣợc đƣa tới hệ tạo ảnh. Dữ liệu mà các đầu dò ghi nhận đƣợc gọi là dữ liệu thô. Sau đó bộ dữ liệu thô này sẽ trải qua nhiều công đoạn xử lý, hiệu chỉnh nhƣ: hiệu chỉnh ngẫu nhiên, tán xạ, suy giảm, thời gian chết, chuẩn hóa để trở thành bộ dữ liệu sinogram tinh sẵn sàng cho việc tái tạo ảnh PET nhờ các thuật toán tái tạo toán học nhƣ phƣơng pháp hình chiếu ngƣợc có lọc (Filter Back Projection) hoặc phƣơng pháp tái tạo vòng lặp (Iterative Reconstruction). Với lƣợng dƣợc chất phóng xạ ban đầu cho vào xác định, để thu đƣợc ảnh rõ nét hiệu suất ghi bức xạ hủy cặp 511 keV phải lớn và hệ trùng phùng trong hệ chụp hình PET phải có độ phân giải cao. 9 Hinh 1.3. Sơ đồ minh họa hiện tƣợng hủy cặp positron – electron và cách bố trí các đầu dò PET thành vòng tròn khép kín để ghi nhận các tia gamma hủy cặp đƣợc sinh ra Hình 1.4. Nguyên lý ghi hình PET/CT[38] 10