Đề Tài Kĩ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ LỜI MỞ ĐẦU Vật lý là một ngành khoa học tự nhiên rất thú vị . Vật lý đã có rất nhiều công trình được ứng dụng trong khoa học cũng như đời sống phục vụ trực tiếp nhu cầu của con người như: giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, trong lĩnh vực công nghệ thông tin, truyền thông…Một ứng dụng không thể không nhắc đến của vật lý đó là ứng dụng vật lý trong y học, nó góp phần quan trọng trong việc chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu quả cao. Trang 2 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU 2 I. Máy X-quang 4 II. Máy CT scan 6 III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography-PET) 9 IV. Chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon ( Single Photon Emission Computed Tomography - SPECT) 11 V. Dao gamma 14 VI. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính 19 Tài liệu tham khảo 23 Trang 3 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ I. Máy X-quang Tia X được nhà bác học người Đức Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, với phát minh này ông nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1901, và cũng từ đó chúng ta đã có được những bước tiến dài trong lĩnh vực này I.1. Nguyên tắc hoạt động Để tạo ra tia X, trong máy X-quang gồm các bộ phận: Ống tia X là bộ phận phát tia X,bao gồm : cathode, anode, rotor, stator, vỏ bọc kim loại, vỏ bọc tia X. Hình 1: Cấu tạo ống tia X Giữa âm cực (cathode) và dương cực (anode) là một điện thế gia tốc rất lớn từ 20-300KV, các electron được phát ra từ âm cực đốt nóng và được gia tốc bằng điện trường, chúng sẽ va chạm vào anode với 1 động năng nào đó. Âm cực là 1 dây tóc tungsten có hình lò xo xoắn thẳng đứng là nguồn phát ra các electron. Chén hội tụ xoay quanh tim đèn để làm hội tụ chùm âm điện tử, chén hội tụ thông thường được làm từ Nikel. Trong những bóng đèn X quang hiện đại sẽ gồm 2 tim đèn : 1 tim đèn lớn công suất cao dùng chụp bộ phận lớn, 1 tim đèn nhỏ dùng chụp hình ảnh cần độ phân giải cao. Dương cực chia làm 2 loại : loại quay và loại không quay. Loại không quay gồm 1 bia Tungsten gắn chặt vào 1 khối đồng, nó đóng 2 vai trò là vật mang cực dương và vật tải nhiệt. Nhưng khuyết điểm của loại dương cực không quay là : nó dễ bị ăn mòn Trang 4 Màn chắn Chân không ống thủy tinh Thiết bị làm lạnh Bia tungsten Thanh đồng Bộ lọc Dây tóc Cổng Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ và giới hạn cường độ dòng tia X. Loại không quay được dùng để chụp X-quang ở các cơ quan như hàm, răng, X quang xách tay. Loại quay thì được dùng cho hầu hết các chẩn đoán, cái chính là do tải nhiệt tốt hơn. Vì thế chất lượng tia X sẽ tốt hơn. Bộ phận làm cho dương cực quay chính là Rotor. Rotor bao gồm cuộn dây đồng bao quanh lõi sắt hình trụ, nhiều nam châm điện quấn quanh bên ngoài rotor bên ngoài ống tia X làm thành stator, tốc độ quay từ 3000- 3600 vòng/phút (chậm) và nhanh nhất là 9000-10000 vòng/phút. Giá đỡ rotor phải chịu được nhiệt, đây là nguyên nhân làm hỏng ống tia X, dầu thường được dùng làm chất giải nhiệt . Trong chẩn đoán y học để thu nhận được tia X người ta sử dụng phim âm bản chứa trong cassette. Cassette được đặt sau vật cần chiếu, tia X sau khi xuyên qua được vật sẽ đến đập vào phim. Khi rửa phim người ta dùng AgCl, những nơi nào tác dụng với tia X khi rửa sẽ không bị mất (có màu đen) còn nơi nào không tác dụng với tia X (đối với xương, tia X bị cản lại), khi rửa sẽ bị trôi (có màu trắng). Chính vì độ xuyên sâu của tia X cao nên người ta dùng để chụp những vật cứng như : xương, răng, không dùng để chụp mô. Hiện nay người ta không dùng phim âm bản bởi vì bất tiện, người ta đã tiến đến sử dụng X-quang kỹ thuật số. Ảnh thu được dưới dạng số, lưu vào máy tính và được chỉnh sửa rất dễ dàng. I.2. Yêu cầu an toàn Do tia X là một bức xạ nên có thể làm tổn thương tế bào, phôi bào, tác hại di truyền, ung thư, Do đó phải dùng vật chắn tia : nếu không thể tránh xa được tia phóng xạ, phải sử dụng những màn chắn tia, hoặc màng hấp thụ. Đóng kín ngõ ra của tia bằng vật hấp thụ phóng xạ ở tại bóng đèn. Dùng tấm lọc tia phải có bề dày ít nhất từ 1 mm - 2 mm bằng nhôm đặt ở cửa sổ đầu đèn. Điều khiển chống tia để tránh bộ phận sinh dục và dùng tấm chắn cao su chì để bảo vệ bộ phận sinh dục khi chẩn đoán phần bụng của bệnh nhân nam, nữ và cả vùng ngực bệnh nhân. Tường của phòng X-quang phải được tráng barit hoặc chì có bề dày ít nhất là 5cm. Trang 5 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Kỹ thuật viên sử dụng máy X-quang cần mặc quần áo bảo hộ, phải chuẩn bị bệnh nhân thật kỹ để tránh cho bệnh nhân phải chẩn đoán lần 2, nên dùng loại phim có lớp nhũ tương độ bắt sáng cao nhất và dùng bìa tăng sáng siêu nhạy. Sử dụng bộ thời gian tự động (Autotimer) như là tế bào quang điện bằng ion để giảm thiểu việc chụp phim lần 2. Thời gian chụp ảnh không được lâu và bệnh nhân không được chụp ảnh nhiều lần trong một tháng. Tia X tác hại trên thai nhi là chuyện đã rõ, tuy nhiên mức độ thế nào là tùy tuổi thai và liều lượng của tia. Tia X có thể kèm theo nguy cơ ung thư, bệnh bạch cầu cấp và một số dị tật bẩm sinh cho thai nhi. Theo Ủy ban Kiểm soát về vấn đề hạt nhân của Mỹ, thai nhi có nguy cơ mắc bệnh ung thư về sau nếu nhiễm liều bức xạ từ 2- 6 rad. Với liều bức xạ > 5 rad thai nhi có nguy cơ bị dị tật bẩm sinh. Tùy vào mức độ phơi nhiễm, tia X có thể gây sẩy thai, chậm phát triển thai nhi hoặc một vài loại ung thư ở giai đoạn sau này. Ở cùng liều bức xạ, mức độ nguy hiểm nặng, nhẹ tùy giai đoạn tuổi thai (xem bảng 1). TUẦN TUỔI THAI ẢNH HƯỞNG 0-1 ( tiền làm tổ ) Chết phôi 2-7 ( giai đoạn phát triển cơ quan) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư 8-40 (giai đoạn thai ) Dị dạng, chậm phát triển, ung thư, trì trệ Bảng 1: Sự ảnh hưởng của việc chiếu tia X lên thai nhi. II. Máy CT scan CT là viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computed Tomography. CT scan có nghĩa là chụp quét cắt lớp điện toán, thường được gọi tắt là chụp CT hay chụp CT scan. Đây là phương pháp chẩn đoán hình ảnh sử dụng tia X để tạo nên các bức ảnh về mặt cắt các bộ phận trên cơ thể. Trang 6 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ II.1. Nguyên tắc hoạt động CT cũng dùng tia X nhưng có nhiểu điểm khác biệt và phức tạp hơn X-quang thông thường. Một chùm tia X được sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể bạn. Ở phía bên kia, thay vì đặt một tấm phim, người ta dùng các máy thu (detector) để ghi lại tín hiệu này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh bạn nhưng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một mặt phẳng để lấy dữ liệu về lát cắt này. Toàn bộ những dữ liệu này gọi là dữ liệu thô (raw data). Chúng ta không thể hiều được các dữ liệu này. Vì vậy phải dùng tới các phương pháp toán học để biến đổi các dữ liệu thô thành hình ảnh. Thay vì dùng một detector để ghi độ suy giảm của một chùm tia hẹp, các máy CT hiện nay (thế hệ thứ ba và thứ tư) dùng một chùm tia hình rẽ quạt, và dùng nhiều detector để ghi nhận đồng thời. Do đó máy tính sẽ phải tính toán nhiều hơn, nhưng thời gian quét sẽ ngắn hơn và hình ảnh thu được có độ tương phản rất cao. Các máy hiện đại có thời gian quét một vòng chỉ khoảng 5 giây. Trang 7 Hình 2: Các bộ phận của máy CT. - ống tia X( X-ray tube). - ống chuẩn trực (collimator). - Bộ phận ghi nhận (detectors). - Màn hình (monitor). - Máy tính (computer). Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ (a) (b) Hình 3: Tia X và máy thu quay xung quanh tạo thành các lát cắt. (a) máy quay xung quanh cơ thể. (b) Hình 2 lát cắt. II.2. Hệ thống máy chụp Trong hình dưới là một hệ máy CT hiện đại. Nó gồm một gantry, một bàn bệnh nhân và một máy tính. Hình 4: Một máy CT trên thực tế. Trang 8 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Gantry là bộ phận trong đó có chứa ống tia X và các detector, đặt đối diện nhau trên một vòng tròn. Vòng tròn này có thể quay quanh tâm để quét một lớp trên cơ thể bệnh nhân. Bàn bệnh nhân có thể chuyển động dọc trục. Sau khi quét xong một lớp, bàn lại dịch chuyển một đoạn, và một lớp khác được quét. Tín hiệu điện thu được từ đầu dò được đưa đến máy tính để xử lý. Máy tính sẽ dùng các thuật toán để tái tạo hình ảnh của phần cơ thể được chụp và hiển thị ảnh lên màn hình. Máy tính phải rất mạnh để thực hiện tái tạo ảnh song song với quá trình thu dữ liệu, nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc kết thúc thu tín hiệu và hiển thị ảnh. II.3. Yêu cầu an toàn CT scan và các phương pháp sử dụng tia X khác đều cần phải được theo dõi và kiểm soát một cách chặt chẽ để đảm bảo sử dụng số lượng tia xạ tối thiểu. Nguy cơ sẽ càng tăng lên khi tiến hành càng nhiều lần chụp. Trong một số trường hợp, CT scan cũng cần phải được thực hiện nếu có lợi nhiều hơn so với nguy cơ. Ví dụ trong trường hợp nghi ngờ ung thư mà không tiến hành chụp CT thì đôi khi còn nguy hiểm hơn. Chụp CT vùng bụng thì không nên tiến hành trên những phụ nữ đang mang thai,bởi vì có thể gây hại đến thai nhi. Những phụ nữ mang thai này nên thông báo cho bác sĩ biết để có thể xem xét sử dụng những phương pháp khác. III. Chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography- PET) III.1. Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc nó dựa vào học thuyết phóng xạ, y học hạt nhân. Đầu tiên người bệnh sẽ được truyền các chất phóng xạ FDG ( thành phần tổng hợp của Glucoza với đồng vị phóng xạ ), do các khối u là bộ phận hấp thụ nhiều Gluco nhất trong cơ thể, sau một khoảng thời gian nhất định ( thông thường là 60 phút ) thì nồng độ Glucoza ( tức FDG ta truyền vào cơ thể người bệnh ) tại các tế bào ung thư là nhiều nhất. Ở đấy, các nguyên tử phóng xạ phát ra positron (hạt như điện tử nhưng mang điện dương) đi được một đoạn ngắn thì gặp điện tử vì trong cơ thể có rất nhiều điện tử. Khi một positron gặp một điện tử thì cặp hạt - phản hạt này hủy nhau và phát ra hai photon Trang 9 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ đi thẳng, ngược chiều nhau. Các photon này có năng lượng rất lớn, vào cỡ tia gamma nên xuyên qua được cơ thể, bay thẳng ra ngoài. Nếu bố trí hai detector nhấp nháy ở hai đầu đối diện, hai detector sẽ thu được đồng thời hai photon do hủy cặp positron - điện tử tạo ra. Chỉ khi nào có hai photon đồng thời đến hai detector của một cặp đối diện, hai detector mới ghi nhận, biến thành tín hiệu điện để máy tính xử lý. Nếu có tế bào ung thư trong cơ thể sẽ cho ra các vùng màu đặc trưng phân biệt hẳn với các mô lành. Như vậy qua các vùng màu này ta có thể xác định đươc chính xác vị trị, các di căn trong khối u trong cơ thể bệnh nhân rồi từ đó đưa ra các kết quả chẩn đoán và phương thức điều trị tốt nhất. Còn thành phần FDG trong cơ thể bệnh nhân sau đó sẽ chuyển hoá hoàn toàn thành phần đường Glucoze hấp thụ vào cơ thể. Các hạt nhân phóng xạ dùng ở PET phải là những hạt nhân có thời gian sống ngắn, thường dùng 11C (~20 phút), 13N (~10 phút) 150 (~2 phút) và 18F (~110 phút). Do thời gian sống ngắn nên phải chế tạo các chất phóng xạ tại chỗ gần nơi đặt máy PET. Cách chế tạo phổ biến là dùng một máy gia tốc điện tử nhỏ bắn phá điện tử năng lượng cao vào các chất để tạo ra chất phóng xạ. Hình 5: Hệ thống máy PET Trang 10 Phản ứng hủy hạt Tín hiệu trùng phùng Dữ liệu Hình ảnh [...]... các nguồn xạ V.6 Vấn đề an toàn Bởi vì viêc xác định vị trí chính xác là nhân tố rất quan trọng để đảm bảo cho sự an toàn của bệnh nhân (với sai số cho phép không quá vài phần mm) Vì thế , không cho phép bất cứ y u tố nào có thể làm giảm độ chính xác n y Nhằm đạt được độ Trang 18 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ chính xác cần thiết, một bộ phận... giống như đối với m y CT( tomographic recontruction ) M y tính sẽ thu nhận những thông tin được phát ra bởi tia gamma và chuyển thành hình ảnh theo những mặt cắt ngang hai chiều Những mặt cắt ngang n y sau đó được tập hợp lại để tạo thành hình ảnh ba chiều Trang 13 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Hình 9: Hình ảnh hệ thống m y SPECT hai đầu thu... v y có thể dùng tia gamma để phá h y các khối u nằm trong cơ thể mà không cần phải mổ xẻ Đ y là phương pháp mổ không xâm lấn (non-invasive) Trang 17 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Tuy nhiên, vấn đề là phải làm sao chiếu đúng chùm tia lên các tế bào khối u trong khi vẫn phải đảm bảo an toàn cho các tế bào bình thường xung quanh V.5 Ưu điểm của. . .Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Hình 6: M y PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các ĐVPX có đời sống ngắn III.2 Kết hợp PET-CT Hiện nay để đạt được hiệu quả tốt nhất về hình ảnh chẩn đoán, người ta kết hợp các loại m y với nhau Các xét nghiệm y học hạt nhân thường hướng tới chức năng thành phần, trong khi CT lại... chuyển động đối xứng song song hoặc độc lập M y hiện đại có các collimator nhiều lá (Multi Leaf Collimator: MLC) với sự điều khiển tự động của m y tính Điều n y giúp thực hiện tốt hơn kỹ thuật điều trị điều biến liều (IMRT) theo hình thái khối u Do đó phạm vi ứng dụng của m y gia tốc đã được mở rộng Vì Trang 19 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ. .. khi tia xạ của m y Cobalt xuyên qua da vào đến nơi thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với y u cầu (100% ở độ sâu cách mặt da 0,5 Trang 21 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ cm) Trường hợp n y sẽ được xử lý rất tốt với chùm điện tử của m y gia tốc, bởi các cường độ chùm điện tử có thể giảm rất nhanh, đáp ứng y u cầu điều trị Hơn nữa, tia xạ sẽ mất hẳn ở... học còn trong cơ thể bạn V Dao gamma V.1 Lịch sử phát triển Năm 1951, Giáo sư về phẫu thuật thần kinh người Th y Điển Lars Leksell (1907-1986) đưa ra khái niệm radiosurgey (xạ phẫu) và khái niệm stereotactic (dùng Trang 14 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ phương pháp 3D) Ông bắt đầu nghiên cứu chế tạo các thiết bị phẫu thuật bằng tia phóng xạ 1967-1968,... nguồn xạ, bán cầu bên trong bao gồm các ống định hướng và những lá chắn có các kích cỡ khác nhau Cả hệ thống (gồm nguồn và ống định hướng) quay đồng thời quanh đầu bệnh nhân trong khung ma y với tốc độ từ 2-4 vòng/phút Trang 16 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Hình 11: Hình ảnh hệ thống gamma quay Vertex360 của American... (amplifiers) − M y xử lý tín hiệu (position decoding circuits) Trang 12 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Ống chuẩn trực tiếp nhận bức xạ từ bệnh nhân 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 n y có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh trực... lý để đảm bảo an toàn bức xạ Trang 22 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Tài liệu tham khảo  http://www.thietbiysinh.com.vn  http://www.vaec.gov.vn/Chitiet/Chitietsanpham  http://www.tchdkh.org.vn/tchitiet.asp?code=3089  http://www.giaoducsuckhoe.net  http://bachmai.gov.vn  http://www.youtube.com/watch?v=pzrVgv_yPnM  http://www.youtube.com/watch?v=ctwXQ5xK4PU&NR=1 . Đề Tài Kĩ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ LỜI MỞ. 14 VI. M y xạ trị gia tốc tuyến tính 19 Tài liệu tham khảo 23 Trang 3 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ I. M y X-quang Tia X được nhà bác học. là một hệ m y CT hiện đại. Nó gồm một gantry, một bàn bệnh nhân và một m y tính. Hình 4: Một m y CT trên thực tế. Trang 8 Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình