TÍNH TOÁN LIỀU hấp THỤ TRÊN BỆNH NHÂN GHI HÌNH PETCT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------

NGƠ VĨNH ĐIỆP

TÍNH TỐN 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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------

NGƠ VĨNH ĐIỆP

TÍNH TỐN 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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT


Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Bản luận văn này với tên gọi “Tính tốn liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình
PET/CT tại bệnh viện 103” là cơng trình nghiên cứu do chính tôi − học viên Ngô Vĩnh
Điệp chuyên ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa
học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hồn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
Bùi Văn Lốt. Bản luận văn không sao chép từ bất kỳ tài liệu nào. Nếu bản luận văn
này được sao chép từ bất kỳ tài liệu nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước 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 q trình hồn thành luận văn của mình, em đã nhận được rất nhiều
sự quan tâm, giúp đỡ của q thầy cơ, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè.
Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Văn Loát,
Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên người thầy đã trực tiếp giao đề tài
và tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với tập thể các giảng viên Khoa Vật lý, các
cán bộ phòng Sau đại học Trường 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 như 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 lượng Nguyên tử Việt Nam) đã hỗ
trợ một phần quá trình thực nghiệm được 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 được bày tỏ tình cảm tới những người 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


CHƯƠNG 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 lượng 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

CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG 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.

Phương pháp tính liều chiếu...........................................................................29

2.3.1.

Tính liều chiếu ngồi...............................................................................29

2.3.2.

Tính liều chiếu trong theo phương pháp MIRD.......................................34

2.3.3.

Tính thời gian tồn lưu thuốc phóng xạ từ hình ảnh PET/CT....................42

2.4.

Chương trình tính liều OLINDA....................................................................45

2.5.

Phương 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

CHƯƠNG 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 chương 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

Sơ đồ máy quét PET / CT đầu tiên, hình ảnh kết hợp của CT và
PET được hiển thị trên màn hình
Nguyên lý chụp CT
Sơ đồ minh họa hiện tượng hủy cặp positron – electron và cách

5
7
10


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

bố trí các đầu dị PET thành vịng trịn khép kín để ghi nhận các
tia gamma được 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 trưng 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 đươc từ hình ảnh PET/CT.

Giao diện chính của phần mềm tính liều OLINDA
Quy trình ghi hình tồn 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

10
23
25
26
27
32
35
42
44
47
48
49
49
50
50
51
52
53
53

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Đặc tính cơ bản (chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng
chạy trung bình trong nước, năng lượng trung bình) của một số
thuốc phóng xạ dùng trong chẩn đốn PET/CT)

11

Bảng 1.2

Trọng số WR của một số loại bức xạ ion hóa

15

Bảng 1.3

Trọng số WT của các cơ quan hoặc tổ chức cơ thể
Thời gian bán rã sinh học, Tb của một số nhân phóng xạ.

16

Bảng 1.4

18


Bảng 1.5
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

Thời gian bán rã hiệu dụng của một số nhân phóng xạ thường gặp
trong y học hạt nhân
Thơng 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 lượng và đơn vị được sử dụng trong lưu đồ tính tốn
của MIRD
Tỉ số hấp thụ riêng  (g-1) với các mức năng lượng khác nhau
tương ứng cơ quan nguồn là gan trong mơ hình người 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 lưu 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
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

Tiếng Anh
2 Dimensional
3 Dimensional
CT dose index
Dose length product
Fluoro-DeoxyGlucose
Gadolinium OxyorthoSilicate
International Commission on
Radiological Protection

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


LSO
LYSO
MIRD

Lutetium OxyorthoSilicate
LutetiumYttrium OxyorthoSilicate
Medical Internal Radiation Dose

OLINDA

Organ Level INternal Dose
Assessment
Positron Emission
Tomogrphy/Computed Tomography

PET/CT
PMT
ROI

SPECT
SUV
VOI

Photomultiplier tube
Region Of interest
Single-Photon Emission Computed
Tomography
Standardized Uptake Value
Volume Of interest

Tinh thể LSO
Tinh thể LYSO
Ủy ban liều bức xạ chiều trong
trong y học
Chương 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 
% rS ,TD 
a
& r ,t
D
T

D  rT ,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
Thời gian tồn lưu thuốc phóng xạ
Suất liều hấp thụ đến cơ quan bia
Liều hấp thụ đến cơ quan bia


DR  rT ,TD 

Liều hấp thụ đến cơ quan bia bởi bức xạ R

E
Ei
H  rT ,TD 

Hệ số liều hấp thụ
Liều hiệu dụng
Năng lượng trung bình của bức xạ thứ i

Liều tương đương đến cơ quan bia

M(rT, t)
rS
rT
S rT � rS ,t

Hệ số liều tương đương
Khối lượng cơ quan bia
Cơ quan nguồn (source)
Cơ quan bia (target)
Giá trị S

d rT ,TD 

h rT ,TD 

Sw  rT � rS ,t

Tp
Tb
Te
TD
WR
WT
Yi
i
  rT � rS,E i ,t

  rT � rS ,Ei ,t

Giá trị S được 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 lượng 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 được sử dụng phổ biến ở các nước 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 đốn hình ảnh, trong Ung bướu 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 ưu điểm về hình ảnh thu được từ CT và hình ảnh PET, đồng thời
cũng khắc phục một số nhược điểm của mỗi loại thiết bị riêng biệt. Chính sự kết
hợp PET và CT trên cùng một hệ thống cho ta thơng tin về ảnh hình thái cấu trúc
cùng với thông tin về chức năng của người bệnh.
Kỹ thuật PET cung cấp các thông tin và dữ liệu về chức năng chuyển hóa của

khối u, thường 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 như thần kinh, tim mạch và ung thư...
Tuy nhiên các hình PET khơng cho hình ảnh rõ nét về cấu trúc giải phẫu như CT và
MRI. Ảnh y học thu được từ kỹ thuật PET có độ phân giải thấp hơn, không rõ nét
về cấu trúc giải phẫu là do lượng dược chất phóng xạ đưa vào bị hạn chế để sao cho
liều chiếu trong mà bệnh nhân nhận được không quá cao. Sự kết hợp giữa hai kỹ
thuật này đã có được ưu điểm của PET và CT làm cho chất lượng hình ảnh PET/CT
được cải thiện rất nhiều so với chụp hình PET đơn thuần trước đây, qua đó cho ta
chính xác vị trí giải phẫu và đặc điểm tổn thương của khối u. Kỹ thuật PET/CT là
một kỹ thuật phát hiện ung thư chính xác nhất hiện nay [4].
Hệ thống PET/CT đầu tiên ra đời năm 1998 và được đưa vào ứng dụng trong
chẩn đoán lâm sàng năm 2000. Sự ra đời của PET/CT đánh dấu một bước phát triển
quan trọng của y học hiện đại. Cho đến hiện nay, cùng với sự phát triển của Khoa
học và cơng nghệ thì hệ thống PET/CT vẫn liên tục được 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 đốn được sớm, chính xác hơn, góp phần nâng
cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân. Bên cạnh ưu 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 được lớn hơn so với 2 phương 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 được đưa vào cơ
thể khi chụp PET. Các đồng vị phóng xạ được đưa 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 được sử dụng và
liều ban đầu đưa vào trong cơ thể bệnh nhân chịu liều tích lũy xác định. Việc tính
tốn liều tích lũy cho bệnh nhân khi chụp PET và PET/CT là cần thiết để đánh giá

mức độ ảnh hưởng của bức xạ tới bệnh nhân. Hiện nay tại Khoa Y học hạt nhân
bệnh viện 103 được trang bị hệ thống PET/CT, chỉ định chụp chẩn đoán bệnh cho
các bệnh nhân ung thư. Mức độ ảnh hưởng tới người bệnh như thế nào là vấn đề cần
quan tâm. Chính vì vậy trong khn khổ luận văn tốt nghiệp của mình, học viên đã
chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp: “Tính tốn liều hấp thụ trên bệnh nhân ghi hình
PET/CT tại bệnh viện 103”.
Mục tiêu chính của Luận văn tìm hiểu phương pháp và tiến hành thực nghiệm
tính liều đối với bệnh nhân chụp hình PET/CT nhận được. 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). Phương pháp tính liều chiếu ngồi trong chụp hình CT
(3). Xác định chu kỳ bán rã hiệu dụng và chu kỳ bán rã sinh học của 18F tại
một số cơ quan trong cơ thể người bệnh.
(4). Nghiên cứu mơ hình tính liều chiếu trong và phương 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.
Luận văn dài 70 trang, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia
thành 3 chương:

2


Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Thiết bị và Phương pháp.
Chương 3: Kết quả và bàn luận.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Kỹ thuật và nguyên lý ghi hình PET/CT

3


1.1.1. Kỹ thuật ghi hình PET/CT
 Trên thế giới

Máy ghi hình positron đầu tiên đã được phát minh vào những năm đầu của
thập niên 1950 bởi nhà vật lý Brownell và bác sĩ Sweet. Họ nghiên cứu phương
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) được giới thiệu bởi David E. Kuhl và Roy Edwards [31]. Đây được
xem là tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo máy ghi hình PET (Positron Emission
Tomography) sau này tại Trường Đại học Pensylvania.
Vào đầu những năm 1970 lần lượt 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 ưu. Hiện
tại máy PET với các khối đầu dị bố trí liên tục với nhau tạo thành một vịng trịn
đầu dị khép kín. Năm 1977, hình ảnh PET đầu tiên đã được thực hiện. Tới giữa
năm 1980, PET lần đầu được sử dụng như một công cụ chẩn đoán trong lâm sàng.
Vào năm 1972, máy chụp cắt lớp vi tính hay cịn gọi là chụp CT scanner (CT)
được phát minh bởi Nhà Vật lý người Anh Godfrey Hounsfield và bác sĩ Allan
Cormack. Máy CT đầu tiên được đưa vào ứng dụng trong lâm sàng vào năm 19741976, lúc này máy CT chỉ được dùng để chụp sọ não, thời gian chụp một lát cắt mất
vài giờ. Từ những năm 1980 trở về sau, CT được ứng dụng rộng rãi hơn trong lâm
sàng, được áp dụng cho tất cả các bộ phận trong cơ thể, thời gian chụp nhanh hơn
và chất lượng 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 Trường Đại học Pittsburgh. Thiết bị này được tạp chí Time’s (Time’s

Magazine) bình chọn là phát minh y khoa của năm 2000 [11]. Đến năm 2001 máy
PET/CT thương mại đầu tiên ra đời. Đây là sự kết hợp hai khung máy PET và CT
trong cùng khung chụp, sử dụng chung một giường chụp cho bệnh nhân. Bệnh nhân
được chụp CT và đồng thời cũng được chụp PET ngay sau đó. Kết quả thu được

4


hình ảnh kết hợp giữa PET và CT thể hiện rõ ràng cũng như vị trí của các tổn
thương được 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 được hiển thị trên màn hình [37]
Đến nay hệ thống máy PET/CT ngày càng được cái tiến, chất lượng hình ảnh
ngày càng được 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 như GE, Healthcare, Hitachi
Medical, Philips Medical Systems, Siemens Meical Solutions và Tập đoàn Y khoa
Toshiba.
 Tại Việt Nam

Ở nước ta kỹ thuật ghi hình PET/CT được ứng dụng lâm sàng muộn hơn so
với các nước phát triển. Máy ghi hình PET/CT đầu tiên của Việt Nam được lắp đặt
tại Bệnh viện Chợ Rẫy vào năm 2009. Tính đến nay trên cả nước đã có khoảng 15
máy PET/CT tập trung tại một số thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí
Minh và Đà Nẵng. Một số bệnh viện được trang bị máy ghi hình PET/CT là: Bệnh
viện Bạch Mai, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, Bệnh viện Quân y 103, Bệnh

5

viện K, Bệnh viện Ung bướu 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 được
tính ưu việt của mình trong lĩnh vực chẩn đốn hình ảnh và ngày càng có những
đóng góp to lớn trong chẩn đốn và điều trị cũng như 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 được
hình ảnh PET/CT, bệnh nhân sẽ được 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 được 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 được những ưu điểm của CT và PET. Hình ảnh thu được được từ kỹ
thuật PET/CT có chất lượng được cải thiện hơn nhiều so với ảnh thu được từ kỹ
thuật CT và PET riêng biệt. Ảnh thu được từ kỹ thuật PET/CT chính xác, vị trí tổn
thương 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 lượng dưới 150 keV, rất nhỏ so với năng lượng
511 keV được sử dụng trong chụp ảnh kỹ thuật PET. Khơng thể chọn được một
detector nào vừa có hiệu suất ghi các photon có năng lượng cỡ dưới 150 keV và
hiệu suất ghi cả các photon có năng lượng 511 keV đều cao. Chính vì vậy hệ thống
đầu dị (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, được cho đi qua tổ chức hay bộ phận cần thăm khám. Với
cường độ Io ban đầu phát ra từ ống phóng tia X chiếu tới cơ thể, sau khi đi qua cơ
quan được thăm khám và cơ thể cường 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
(mật độ mô) về bộ phận mà chùm bức xạ đã đi qua. Chùm bức xạ này được ghi
nhận bằng hệ thống detector hay còn gọi là hệ thống đầu dò bức xạ, được đặt đối

6


diện với ống phát tia X qua bệnh nhân. Bóng phát tia và các detector được thiết kế
để có thể chuyển động quay tròn xung quanh người bệnh tạo ra các CT xoắn ốc. Tín
hiệu điện thu được từ hệ thống detector từ những góc xung quanh bệnh nhân là dữ
liệu dưới dạng thơ, mang thơng tin về vị trí. Các dữ liệu thô này được 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 được xử lý sẽ thu được 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 ngồi
đủ thấp và đủ lớn để có thể nhận được ảnh CT rõ nét. Với liều chiếu vào bệnh nhân
khơng lớn, để thu được ảnh rõ nét thì hệ detector ghi nhận trong hệ CT phải có hiệu
suất ghi cao trong vùng năng lượng tia X được sử dụng.

Hình 1.2. Nguyên lý chụp CT

 Nguyên lý ghi hình PET

7


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, người ta phải đưa vào cơ thể người
bệnh một hợp chất đánh dấu thích hợp, trong đó có gắn đồng vị phóng xạ được gọi
là dược chất phóng xạ. Thuốc phóng xạ thường được đưa 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 được 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

khơng thích hợp vì khơng thể xuyên qua các mô trong cơ thể để đến detector. Vì
vậy ngồi u cầu dược chất phóng xạ được 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 được ghi nhận
là 2 bức xạ gamma hủy cặp, năng lượng 511 keV. Hệ detector sẽ ghi nhận trùng
phùng (đồng thời) 2 bức xạ gamma hủy cặp được phát ra từ một đồng vị có trong bộ
phận thăm khám. Tín hiệu điện thu được từ hệ detector cũng được gửi tới hệ thống
xử lý ảnh, để xử lý và tạo ảnh PET. Hình ảnh chức năng PET cung cấp những thơng
tin chuyển hóa các đồng vị đánh dấu. Những tế bào, mơ tăng chuyển hóa trên hình
ảnh PET sẽ cho thấy tổn thương tăng tập trung phóng xạ.
Trong ghi hình PET, người ta đưa vào bệnh nhân đồng vị phân rã phóng xạ
β+ nào đó với chất mang thích hợp. Sau một thời gian nào đó các dược chất phóng
xạ phân bố tập trung cao hơn tại những mô tăng chuyển hóa, có khả năng hấp thu
mạnh các dược chất đưa 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 phương trình phân rã rút gọn sau:
1
1

p � 01n  10   

Phổ của positron là phổ liên tục, năng lượng của nó biến đổi từ 0 đến năng
lượng cực đại bằng năng lượng phân rã β+ [4]. Khi sinh ra, positron có động năng
ban đầu xác định, chúng tương tác với các mô ở lân cận điểm sinh ra, và nhanh

8


chóng mất dần năng lượng 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 lượng 511 keV, bay ngược chiều nhau. Hai bức xạ gamma 511 keV
này được 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 lượng ban đầu được phát
ra. Nếu đồng vị phân rã β+ đưa vào cơ thể có năng lượng cực đại càng nhỏ, quãng
chạy của nó càng nhỏ. Hơn nữa đường đi của positron trong cơ thể là đường khấp
khúc. Vì vậy, có thể coi như 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 được sinh ra bay ngược
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 tương ứng xuất hiện xung điện. Các xung điện này
được đưa vào bộ trùng phùng, lối ra của bộ trùng phùng xuất hiện xung điện được
đưa tới hệ tạo ảnh. Dữ liệu mà các đầu dò ghi nhận được gọi là dữ liệu thơ. Sau đó
bộ dữ liệu thơ này sẽ trải qua nhiều công đoạn xử lý, hiệu chỉnh như: 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 tốn học
như phương pháp hình chiếu ngược có lọc (Filter Back Projection) hoặc phương
pháp tái tạo vòng lặp (Iterative Reconstruction). Với lượng dược chất phóng xạ ban
đầu cho vào xác định, để thu được 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 tượng hủy cặp positron – electron và cách bố trí các
đầu dị PET thành vịng trịn khép kín để ghi nhận các tia gamma hủy cặp được sinh
ra

Hình 1.4. Nguyên lý ghi hình PET/CT[38]

1.2.

Thuốc phóng xạ dùng trong PET/CT
Kỹ thuật ghi hình PET là dựa trên nguyên lý ghi nhận 2 bức xạ gamma hủy

được phát ra từ quá trình hủy cặp positron-electron trong cơ quan được thăm khám.
vì vậy những thuốc phóng xạ thường được dùng trong kỹ thuật ghi hình PET và
PET/CT là những thuốc có chứa các đồng vị phóng xạ phân rã β + (positron). Một số
đồng vị phóng xạ được dùng trong kỹ thuật ghi hình PET/CT được đưa ra trong
Bảng 1.1.

10


Bảng 1.1: Đặc tính cơ bản (chu kỳ bán rã vật lý, xác xuất phân rã, quãng chạy trung
bình trong nước, năng lượng trung bình) của một số thuốc phóng xạ dùng trong
chẩn đoán PET/CT [4]
Chu kỳ
bán rã vật lý
(T1/2 phút)

Xác suất
phân rã  +
(%)

Quãng chạy
trung bình
trong nước
(mm)

Năng lượng
trung bình

(MeV)

F

110

96,7

0,6

0,2498

Cu

762

17,87

0,64

0,2781

11

C

20,4

99,77

1,1

0,3856

13

N

10

99,8

1,5

0,4918

15

O

2

99,9

7,3

0,7352

Br

96

75,5

2,6

0,750

Ga

68,3

87,7

2,9

0,836

11,0

2,3

0,6859

12,0
97,59
83,3

3,5
5,0

5,9

0,9736
1,316
1,524

11,7
12,4

4,3
1,8

1,157
0,55

5,6
49,3

2,9
0,64

0,696
1,9041

Nhân phóng
xạ
18
64

75

68

124

I

6048

62

Cu

9,74

82

Rb

1,25

86

Y

884

Ga

564

66

Những đồng vị phóng xạ được dùng trong kỹ thuật chụp PET/CT phải thỏa
mãn các yêu cầu sau:
1. Chu kỳ bán rã vật lý và chu kỳ bán rã hiệu dụng ngắn: liều hấp thụ mà bệnh
nhân phải chịu tỷ lệ với liều phóng xạ ban đầu đưa vào và tỷ lệ với chu kỳ bán rã
hiệu dụng. Vì vậy, với lượng chất phóng xạ ban đầu đưa vào xác định, chu kỳ bán rã
hiệu dụng nhỏ thì bệnh nhân chịu liều hấp thụ nhỏ.
2. Xác suất phân rã β + càng lớn càng tốt và năng lượng phân rã β + nhỏ: Cạnh
tranh với quá trình phân rã β+ là quá trình chiếm electron quỹ đạo. Với cùng hoạt độ

11


phóng xạ, khi xác suất phân rã β+ càng lớn, số bức xạ gamma hủy phát ra càng
nhiều kết quả với hệ đo cho trước, ảnh PET/CT thu được càng rõ nét. Khi năng
lượng phân rã nhỏ, động năng trung bình của positron phát ra nhỏ, quãng chạy của
positron trong cơ quan thăm khám nhỏ, liều hấp thụ gây ra từ 1 phân rã phát ra nhỏ.
Kết quả liều bệnh nhân phải chịu nhỏ.
3. Có sẵn hoặc tương đối dễ sản xuất với độ tinh khiết cao: Do yêu cầu chu kỳ
bán rã nhỏ, nên trên thực tế khơng có đồng vị phân rã β + dùng trong chụp PET/CT
có sẵn trong tự nhiên. Các đồng vị phân rã β + dùng trong chụp PET/CT đều là đồng
vị phóng xạ nhân tạo.
4. Dễ dàng tổng hợp thành thuốc phóng xạ.
Từ Bảng 1.1. nhận thấy đồng vị 18F thỏa mãn đồng thời cả 4 yêu cầu trên.
Có rất nhiều loại thuốc phóng xạ được chỉ định dùng trong ghi hình PET/CT,
tuỳ theo nhu cầu ghi hình, phân tích loại chuyển hóa nào của tế bào. Hiện tại ở Việt
nam chủ yếu sử dụng thuốc phóng xạ 18F-FDG (FDG) trong ghi hình chẩn đốn các
tổn thương.
Lợi thế của 18FDG- PET/CT là có thể phát hiện, phân biệt (bằng hình ảnh định

tính và định lượng) các tổn thương ác tính với đặc điểm tăng chuyển hóa và tập
trung 18FDG trong tế bào với các q trình bệnh lý lành tính thường khơng bắt giữ
hoặc bắt giữ 18FDG thấp. 18FDG-PET có thể phát hiện các bất thường về mặt chuyển
hoá trong trường hợp ung thư di căn hạch vùng hoặc di căn xa, các di căn vào hạch
chưa làm biến đổi kích thước hạch...18FDG-PET cịn xác định được kết quả hình ảnh
dương tính giả trên cắt lớp vi tính. Với những lợi thế như vậy, thuốc phóng xạ
18

FDG-PET/CT được sử dụng trong ghi hình chẩn đoán rất nhiều bệnh lý ung thư,

giúp đánh giá giai đoạn, theo dõi đáp ứng điều trị xạ trị/hoá trị của bệnh nhân ung
thư.
1.3.

Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa

1.3.1. Một số đại lượng đo liều dùng trong y học hạt nhân

12




Liều chiếu

Liều chiếu ngoài được định nghĩa là liều bức xạ do bị chiếu xạ bởi các nguồn
bức xạ ở bên ngồi cơ thể. Trong ghi hình PET/CT thì liều bức xạ do tia X phát ra
từ đầu bóng tia X của máy CT sẽ gây ra một liều chiếu ngoài nhất định cho người
bệnh.
Liều chiếu trong được định nghĩa là liều bức xạ do bị chiếu xạ bằng các chất

phóng xạ xâm nhập vào bên trong cơ thể. Như vậy, trong trường hợp ghi hình
PET/CT thì liều bức xạ do tia gamma hủy cặp 511 keV phát ra từ các thuốc phóng
xạ đã tiêm vào cơ thể người bệnh qua đường tĩnh mạch hoặc hô hấp gọi là liều
chiếu trong.


Liều hấp thụ

Liều hấp thụ, ký hiệu là D, được xác định theo cơng thức sau:

D

trong đó

d
dm

(1.1)

d  là lượng năng lượng trung bình bức xạ ion hóa truyền cho khối

vât chất được chiếu xạ có khối lượng dm .
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là gray (Gy). Một Gy tương đương với sự
hấp thụ một Joule năng lượng (J) trên một đơn vị khối lượng (kg) vật chất xác định.

Ta có:

1Gy  1

J

kg

(1.2)

Trước khi chấp nhận các đơn vị theo hệ SI, liều hấp thụ còn được đo bằng đơn
vị Rad. Giữa hai đơn vị Rad và Gy có biểu thức liên hệ sau:1 Rad = 10 -2 J/kg=10-2
Gy.


Liều tương đương, trọng số bức xạ

13


Khi đối tượng sinh học hấp thụ cùng liều 1Gy nhưng với các tia bức xạ khác
nhau thì mức độ tổn thương sẽ khác nhau. Những biến đổi trong cơ thể sinh vật bị
chiếu xạ không những phụ thuộc vào liều hấp thụ D mà còn phụ thuộc vào bản chất
của chùm tia. Tính chất này được đặc trưng bởi hiệu ứng sinh vật tương đối RBE
(Relative biological effectiveness). Giá trị của từng loại tia được xác định bởi tỷ số
giữa liều hấp thụ tia gamma có năng lượng E = 500keV và liều hấp thụ của tia khảo
sát khi cùng gây nên một hiệu ứng sinh học như nhau.
D (rad) tia , E = 500keV
RBE (tia khảo sát) =

(gây cùng hiệu ứng).
D (rad) tia khảo sát

RBE còn được gọi là trọng số bức xạ của chùm tia, ký hiệu là WR.
Như vậy, trọng số bức xạ của chùm tia là một đại lượng khơng có thứ ngun.
Nó giúp ta so sánh được mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ khác nhau. Liều hấp

thụ tương đương hay liều tương đương (H) là đại lượng để đánh giá mức độ nguy
hiểm của các loại bức xạ, được xác định theo cơng thức sau:
H  D �WR

(1.3)

Trong đó WR là trọng số bức xạ .
Đơn vị đo liều tương đương trong hệ SI là Sievert (Sv). Ngoài ra đơn vị đo
liều tương đương còndùng là rem:1Sv = 100rem
Bảng 1.2 bên dưới là trọng số của một số loại bức xạ ion hóa như photon,
electron, neutron, proton, các hạt alpha và một số loại hạt khác ở những mức năng
lượng khác nhau.

Bảng 1.2 Trọng số WR của một số loại bức xạ ion hóa [2]
Loại và khoảng năng lượng bức xạ
Photon (tất cả năng lượng)

Trọng số phóng xạ, wR
1

14