Giáo trình Y học hạt nhân và xạ trị (Ngành: Kỹ thuật hình ảnh y học - Trình độ: Cao đẳng văn bằng 2) - Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Môn học "Y học hạt nhân và xạ trị" thuộc khối kiến thức chuyên ngành, học sau mô đun Chẩn đoán X quang, Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính, Kỹ thuật chụp cộng hưởng từ. Nội dung trong giáo trình cung cấp cho sinh viên về những kiến thức cơ bản về bệnh ung thư và phương pháp điều trị, ngoài ra giúp sinh viên tìm hiểu một số chất sử dụng trong chuyên ngành ung thư. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Y học hạt nhân và xạ trị (Ngành: Kỹ thuật hình ảnh y học - Trình độ: Cao đẳng văn bằng 2) - Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá

1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: Y HỌC HẠT NHÂN VÀ XẠ TRỊ NGÀNH: KỸ THUẬT HÌNH ẢNH Y HỌC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG VĂN BẰNG 2 Ban hành kèm theo Quyết định số:549 /QĐ-CYT ngày 09 tháng 08 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường cao đẳng Y tế Thanh Hóa Thanh Hóa, năm 2021
2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
3 LỜI GIỚI THIỆU Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá có bề dày lịch sử đào tạo các thế hệ cán bộ Y - Dược, xây dựng và phát triển hơn 60 năm. Hiện nay, Nhà trường đã và đang đổi mới về nội dung, phương pháp và lượng giá học tập của học sinh, sinh viên nhằm không ngừng nâng cao chất lượng đào tạo. Để có tài liệu giảng dạy thống nhất cho giảng viên và tài liệu học tập cho học sinh, sinh viên; Đảng uỷ - Ban Giám hiệu Nhà trường chủ trương biên soạn tập bài giảng của các chuyên ngành mà Nhà trường đã được cấp phép đào tạo. Tập bài giảng Y học hạt nhân và xạ trị được các giảng viên Bộ môn chẩn đoán hình ảnh biên soạn dùng cho hệ Cao đẳng kỹ thuật hình ảnh văn bằng 2 dựa trên chương trình đào tạo của Trường ban hành năm 2021, Thông tư 03/2017/BLĐTBXH ngày 01 tháng 3 năm 2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động thương binh xã hội. Vì vậy môn học này giúp cho người học nắm được được những nguyên tắc chung nhất Cung cấp cho sinh viên về những kiến thức cơ bản về bệnh ung thư và phương pháp điều trị, ngoài ra giúp sinh viên tìm hiểu một số chất sử dụng trong chuyên ngành ung thư. các đơn vị trong ngành y tế. Môn học Y học hạt nhân và xạ trị giúp học viên sau khi ra trường có thể vận dụng tốt các kiến thức về xạ trị đã học vào hoạt động nghề nghiệp. Tuy nhiên trong qua trình biên soạn tập bài giảng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tập thể biên soạn xin ghi nhận các ý kiến đóng góp xây dựng của các nhà quản lý, đồng nghiệp, độc giả và học sinh, những người sử dụng cuốn sách này để nghiên cứu bổ sung cho tập bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn. Thanh Hóa, năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Ths. BS Mai Văn Bảy – Chủ biên 2. Ths. BS Nguyễn Quang Hưng 3. Ths. BS Lê Viết Dũng 4. Ths. BS Bùi Khắc Tuân 5. CN Nguyễn Quốc Hải
4 MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 3 2. Bài 1: Đại cương về phóng xạ 6 3. Bài 2: Các loại bức xạ ion hóa dùng trong xạ trị 11 4. Bài 3: Chẩn đoán bệnh lý xương bằng đồng vị phóng xạ 19 5. Bài 4: Chẩn đoán bệnh lý gan bằng đồng vị phóng xạ 23 6. Bài 5: Chẩn đoán bệnh lý thận bằng đồng vị phóng xạ 25 7. Bài 6: Chẩn đoán bệnh tuyến giáp bằng đồng vị phóng xạ 29 8. Bài 7: Các phương pháp trị liệu bằng tia xạ 35 9. Bài 8: Ứng dụng Iốt phóng xạ (I131) điều trị một số bệnh tuyến giáp 40 10.Bài 9: Điều trị ung thư vòm, mũi - họng bằng tia xạ 46 11.Bài 10: Điều trị ung thư vú bằng tia xạ 51 12.Bài 11: Điều trị ung thư sinh dục nam, nữ 56 13.Bài 12: Điều trị ung thư phế quản - phổi bằng tia xạ 59 14.Bài 13: Điều trị ung thư da bằng tia xạ 63 15.Bài 14: Điều trị ung thư phần mềm bằng tia xạ 66 16.Bài 15: Điều trị ung thư phần mềm bằng tia xạ 69
5 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học : Y học hạt nhân và xạ trị Mã môn học: MH 29 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn họ: - Vị trí: Thuộc khối kiến thức chuyên ngành, học sau mô đun Chẩn đoán X quang, Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính, Kỹ thuật chụp cộng hưởng từ. - Tính chất: + Mô đun này cung cấp một số khái niệm cơ bản về y học hạt nhân và xạ trị. + Cung cấp cho sinh viên về những kiến thức cơ bản về bệnh ung thư và phương pháp điều trị, ngoài ra giúp sinh viên tìm hiểu một số chất sử dụng trong chuyên ngành ung thư. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Mục tiêu của môn học: - Kiến thức: + Trình bày được một số khái niệm cơ bản về y học hạt nhân và xạ trị. + Trình bày một số bệnh lý chẩn đoán bằng đồng vị phóng xạ. + Nêu được những ứng dụng của I131 trong điều trị bệnh về tuyến giáp. + Liệt kê được những ứng dụng của tia xạ trong điều trị nhóm bệnh ung thư hiện nay. - Kỹ năng: + Phân tích được ưu và nhược điểm các ứng dụng của y học hạt nhân trong điều trị ung thư hiện nay. + Thực hiện được một số kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh ứng dụng trong chuyên ngành ung thư - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ trong công tác. + Xây dựng ý thức bảo vệ sức khỏe, đảm bảo nguyên tắc an toàn phóng xạ cho bản thân và cộng đồng. Nội dung của môn học:
6 BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÓNG XẠ Giới thiệu: Nguyên tố hoá học mà hạt nhân của nó mang tính phóng xạ được gọi là đồng vị phóng xạ. Những đồng vị phóng xạ do con người tạo ra bằng phương pháp kỹ thuật khác nhau thì gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo. 1. Mục tiêu: 1.1. Trình bày khái niệm hiện tượng phóng xạ 1.2. Nêu được các dạng phân rã phóng xạ 2. Nội dung 2.1. Khái niệm về hiện tượng phóng xạ Năm 1896, Henri Becquerel (1852-1908), nhà bác học người Pháp, đã quan sát thấy muối Uran và những hợp chất của nó có tính phát ra những tia không nhìn thấy được và có sức đâm xuyên khá mạnh (chúng có thể xuyên qua những vật mà ánh sáng thông thường không đi qua được). Dưới tác dụng của điện từ trường thì thấy chùm tia đó tách làm 3 thành phần được đặt tên như sau: Tia anpha (ỏ) mang điện tích dương, đi lệch về phía điện cực âm Tia bêta (õ) mang điện tích âm, đi lệch về phía điện cực dương Tia gamma (ó) không mang điện, không lệch hướng Béc-cơ-ren Pi-e Quy-ri Ma-ri Quy-ri (1852-1908) (1859-1906) (1867-1934) Hình 1: Chân dung các nhà khoa học Về sau, người ta nghiên cứu sâu hiện tượng này, nhất là những công trình của Marie Curie và Pierre Curie đã chứng tỏ chùm tia đó phát ra từ một hạt nhân chứ không phải từ lớp vỏ nguyên tử và có tính chất chung của một nhóm các nguyên tố chứ không phải riêng Uran. Người ta gọi tính chất đó là tính phóng xạ. Ngày nay, phóng xạ được hiểu là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự biến đổi để trở thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tố khác hoặc từ một trạng thái năng lượng cao về một trạng thái năng lượng thấp hơn. Trong quá trình biến đổi đó, hạt nhân phát ra những tia mà mắt thường không nhìn thấy, có năng lượng cao gọi là chùm tia phóng xạ ( hay bức xạ hạt nhân) Thông thường, mỗi một nguyên tố hoá học đều có những đồng vị khác nhau. Hiện nay, người ta đã tìm ra hơn 300 đồng vị tự nhiên và hơn 1000 đồng vị phóng xạ nhân tạo. Nguyên tố hoá học mà hạt nhân của nó mang tính phóng xạ được gọi là đồng vị phóng xạ. Những đồng vị phóng xạ do con người tạo ra bằng phương pháp kỹ thuật khác nhau thì gọi là đồng vị phóng xạ nhân tạo.
7 Nguyên tố hoá học được ký hiệu Z X. Trong đó X là nguyên tố hoá học, A là A số khối bằng tổng của số proton(p) và nơtron(n) có trong hạt nhân nguyên tử, Z là nguyên tử số bằng số proton, xác định điện tích dương của hạt nhân. Để giải thích rõ hiện tượng phóng xạ, người ta dùng sơ đồ phân rã phóng xạ (ví dụ: H2 và H3). Trên sơ đồ người ta chỉ ghi ký hiệu của hạt nhân trước và sau khi sảy ra hiện tượng phóng xạ, chu kỳ bán rã (T1/2) của quá trình và các phần trăm xác suất của mỗi dạng phân rã. Trạng thái cơ bản của hạt nhân trước và sau hiện tượng phóng xạ được biểu diễn bằng đường đậm nét nằm ngang. Các trạng thái bị kích thích của hạt nhân mới tạo thành sau phân rã được biểu diễn bằng các vạch đậm nằm ngang đậm nét hơn có kèm theo giá trị của mức nămg lượng tương ứng. Quá trình phân rã dẫn đến tạo thành hạt nhân mới có điện tích lớn hơn hạt nhân ban đầu được ký hiệu bằng mũi tên đi xuống và hướng về bên phải. Nếu hạt nhân mới có điện tích nhỏ hơn hạt nhân ban đầu thì quá trình phân rã được ký hiệu bằng mũi tên đi xuống hướng bên trái. Còn quá trình phân rã không làm thay đổi điện tích của hạt nhân thì được ký hiệu bằng mũi tên thẳng đứng. Khi xảy ra hiên tượng phóng xạ ở một hạt nhân thì có thể chịu một quá trình biến đổi liên tiếp nhau hoặc đồng thời với nhau với xác suất nhất định. Mỗi quá trình biến đổi đó được gọi là một phân rã phóng xạ. 2.2. Các dạng phân rã phóng xạ thường gặp 2.2.1. Phân rã bêta âm (β-) Trong những điều kiện nhất định, hạt nhân có những số đồng vị có nơtron nhiều hơn số proton có thể xảy ra hiện tượng biến một nơtron thành một proton đồng thời phát ra electron (hạt õ-) để trở về trạng thái ổn định hơn. Electron này được sinh ra từ lòng hạt nhân và không liên quan tới các electron quĩ đạo nhưng chúng là những hạt cơ bản hoàn toàn đồng nhất.
8 2.2.2. Phân rã bêta dương (β+) Trong hạt nhân của những đồng vị có số proton nhiều hơn số nơtron có thể xảy ra hiện tượng biến một proton thành một nơtron đồng thời phát ra hạt pozitron (  +) hay còn gọi là phản electron. Hạt này có khối lượng đúng bằng khối lượng electron, điện tích bằng điện tích của electron nhưng trái dấu ( một điện tích nguyên tố dương); vì vậy nó được gọi là điện tử dương ( e+) Ví dụ : 30 P → 30 Si + e+ + E 15 14 Phương trình biến đổi phân rã  + được viết như sau: Z X → A A + Z −1 Y + õ +E Bản chất phân rã này là: n → p+e +E + 2.2.3. Phân rã anpha (α) Loại phân rã này chỉ xảy ra trong phạm vi các hạt nhân của những nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn.Trong quá trình này hạt nhân phát ra loại hạt anphan. Hạt anpha chính là hạt nhân của nguyên tử Heli được tạo thành bởi mối liên kết mạnh giữa 1 cặp proton và một cặp nơtron.
9 2.2.4. Bức xạ tia gama từ hạt nhân (γ) Hình 6: Sơ đồ phân rã phóng xạ một số đồng vị có phát tia ó thường dùng trong y học Khi hạt nhân nguyên tử ở trạng thái kích thích nó có thể chuyển về một trạng thái năng lượng thấp, bền vững hơn bằng cách phát ra tia ó (còn gọi là lượng tử ó hay photon ó). Bản chất tia ó là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn (dưới 1Ao), vì thế quá trình phát tia chỉ làm thay đổi năng lượng hạt nhân mà không làm biến đổi thành phần cấu tạo hạt nhân. 2.3. Các loại bức xạ khác 2.3.1. Hạt proton (p) Năm 1919, Rutherford phát hiện ra hiện tượng hạt ỏ đi qua môi trường không khí đã làm xuất hiện hạt proton theo phản ứng: ỏ + 14 N → 17 O + p 7 8 Hạt p chính là hạt nhân nguyên tử Hydro, mang điện dương(H+) 2.3.2. Hạt nơtron (n) Notron và proton là thành phần cấu trúc nên hạt nhân nguyên tử. Notron là thể trung hòa điện và có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng của proton. Nguồn notron thu được khi dùng hạt ỏ bắn phá các nguyên tử nhẹ như Bery ( 9 Be) theo phản 4 ứng: ỏ + 9 Be → 12 C + n 4 6 Các hạt notron có E đạt vài MeV gọi là notron nhanh, E nằm trong khoảng 10KeV-500KeV gọi là notron trung gian, E
10 Ghi nhớ: 1. Trình bày khái niệm hiện tượng phóng xạ 2. Nêu được các dạng phân rã phóng xạ Lượng giá 1. Kể tên 3 loại tia phóng xạ cơ bản khi xảy ra hiện tượng phóng xạ. 2. Trình bày hiện tượng phóng xạ 3. Viết phương trình và vẽ sơ đồ tổng quát phân rã õ+ , õ-. 4. Viết phương trình và vẽ sơ đồ tổng quát phân rã ỏ. 5. Vẽ sơ đồ phân rã ó của một số đồng vị phóng xạ thường dùng trong y học. Tài liệu tham khảo: [1] Y học hạt nhân. Sách dùng đào tạo bác sĩ đa khoa. Nhà xuất bản Y học, 2000 [2] Phan Sỹ An. Vật lý và lý sinh y học, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005. [3] Nguyễn xuân phách: Cơ sở vật lý và Toán học trong y học hạt nhân, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005.
11 BÀI 2: CÁC LOẠI BỨC XẠ ION HOÁ DÙNG TRONG XẠ TRỊ Giới thiệu: Các tia sóng hay hạt khi tương tác với môi trường vật chất mà nó truyền qua, gây ra các hiện tượng ion hoá và kích thích các nguyên tử và phân tử môi trường, trong đó hiện tượng ion hoá chiếm ưu thế được gọi là “bức xạ ion hoá”. 1. Mục tiêu: 1.1. Phân tích các đặc điểm của bức xạ dùng trong xạ trị 1.2. Nêu được sự tương tác của các bức xạ ion hoá với tổ chức sinh học 1.3. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ 2. Nội dung 2.1. Khái niệm bức xạ ion hóa Các tia sóng hay hạt khi tương tác với môi trường vật chất mà nó truyền qua, gây ra các hiện tượng ion hoá và kích thích các nguyên tử và phân tử môi trường, trong đó hiện tượng ion hoá chiếm ưu thế được gọi là “bức xạ ion hoá”. 2.2. Tương tác của các tia bức xạ với vật chất 2.2.1. Tương tác của tia anpha α Tuỳ theo mức năng lượng của tia mà nó tương tác với vật chất theo một trong 3 hiệu ứng sau: + Hiệu ứng quang điện: chủ yếu xảy ra với mức năng lượng tia từ 0,01 đến 0,1 MeV, do mức năng lượng thấp nên nó chỉ va chạm với điện tử ở vành ngoài. Photon truyền năng lượng cho điện tử và đánh bật nó tạo thành điện tử tự do. Quang điện tử tự do có năng lượng lại tác động lên các phân tử vật chất khác gây ra sự ion hoá. + Hiệu ứng Compton: chủ yếu xảy ra với các tia bức xạ có năng lượng lơn hơn (0,1 đến 5 MeV). Do có năng lượng cao nên photon không những đánh bật điện tử ra khỏi quĩ đạo của nó (điện tử compton) mà còn bị mất đi một phần năng lượng và chệch hướng gọi là tia thứ cấp. Điện tử compton và tia thứ cấp tuỳ theo mức năng lượng mà tiếp tục gây ra sự ion hoá tiếp theo hoặc mất dần năng lượng trên đường đi của chúng. + Hiệu ứng tạo cặp electron (e-) và positron(e+): xảy ra với tia X và tia ó có mức năng lượng trên 1,022 MeV. Khi đó photon sẽ xuyên sâu vào hạt nhân nguyên tử, đánh bật ra một electron (e-) và một positron(e+). Hai hạt này kết hợp với nhau gây ra sự huỷ cặp, giải phóng năng lượng 0,511MeV dưới dạng tia ó. Tia ó được tạo thành lại tiếp tục tương tác với vật chất theo hiệu ứng quang điện hay compton. 2.2.2. Tương tác của bức xạ dạng hạt dối với vật chất: Hạt ỏ khi tương tác với vật chất nếu năng lượng đủ lớn nó sẽ đánh bật điện tử ra khỏi nguyên tử tạo ra điện tử âm và ion dương(hạt nhân bị mất điện tử) gọi là hiện tượng ion hoá trực tiếp; nếu năng lượng chưa đủ lớn nó sẽ làm cho điện tử chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lương cao kém bền vững hơn tức là hiện tượng kích thích điện tử. Điện tử được tạo ra có thể gây ra hiện tượng ion hoá tiếp theo gọi là ion hoá gián tiếp. Hạt õ cũng có cơ chế tác động tương tự tuy nhiên điện tích của hạt õ thấp hơn nên khả năng ion hoá yếu hơn và do có khối lượng nhỏ hơn nên khả năng đâm xuyên lại lớn hơn.
12 Hình 7: Dũng tia alpha cú thể dễ dàng chặn lại bởi một tờ giấy; tia beta cần miếng kim loại để chặn; cũn tia gamma cần một khối vật chất cú mật độ dày đặc chặn lại 2.3. Các loại bức xạ ion hóa dùng trong xạ trị 2.3.1. Tia gamma Tia gamma được phát ra từ các đồng vị phóng xạ tự nhiên hay nhân tạo. Người ta có thể sử dụng nó vào điều trị như một nguồn kín hoặc nguồn hở, nguồn gần (áp sát) hoặc xa. Tia gamma cũng có bản chất là photon và những đặc trưng quan trọng của − nó cũng là tần số sóng  (ó = E 2 E 0 , E2 là mức năng lượng cao của hạt nhân - h kém bền, E0 là mức năng lượng thấp của hạt nhân - bền vững hơn, h là hằng số Planck) và bước sóng ở như tia X. Các đặc trưng đó liên quan trực tiếp tới giá trị năng lượng và khả năng đâm xuyên của photon gamma. Tia gama có bước sóng ở dưới 1 Ao và năng lượng lớn hơn tia X rất nhiều, khả năng đâm xuyên mạnh Thỏng 7/1896, bỏc sĩ Victor Despeignes (Lyon) báo tin sự trị liệu ung thư đầu tiên bằng tia X. Năm 1897, bỏc sĩ Antoine Béclère đặt máy tia X đầu tiờn trong một bệnh viện tại Paris. Tháng 11 năm 1901, Henri Danlos, bác sĩ của bệnh viện Saint- Louis công bố các kết quả ban đầu về điều trị bệnh luput nhờ sử dụng radium. Năm 1903, 5 năm sau khi Marie Curie và Piere Curie tìm ra Ra-226, hai trường hợp ung thư đầu tiên được điều trị thành công bằng nguồn này (đó là hai trường hợp ung thư biểu mô tế bào đáy vùng mặt ở St. Perterburg). Người ta sử dụng năng lượng tia gamma phát ra từ nguồn Radium để tiêu diệt các tế bào ung thư ở các hốc tự nhiên như cổ tử cung, bàng quang, đại trực tràng, hốc miệng. Tuy Ra - 226 có thời gian bán rã (T1/2) là 1580 năm, dùng được lâu nhưng khó có được nguồn lớn. Các cơ sở điều trị thường chỉ có được các nguồn đưới dạng các kim nhỏ cỡ 2 - 10g mà thôi. Việc sản xuất nó tốn kém, giá thành đắt vì phải tinh lọc từ quặng u ran. Đến năm 1951, đồng vị phóng xạ nhân tạo Co - 60 mới được sử dụng vào điều trị và nó ngày càng được thay thế rộng rãi cho Ra - 226 vì người ta có thể sản xuất được nguồn Co- 60 với năng lượng là 1.17 và 1.33 MeV. Co - 60 có chu kỳ bán rã là 5,3 năm và được sử dụng trong điều trị dưới nhiều hình thức: - Nguồn kín với hoạt độ lớn trong các máy điều trị từ xa (Teletheraply). Đây là phương thức điều trị chiếu ngoài phổ biến nhất hiện nay. Ở các nước tiên tiến, khoảng 500.000 đến 1 triệu dân có nguồn chiếu xạ Co - 60 . Ở nước ta, hiện nay phương thức điều trị này được áp dụng rộng rãi hơn cách dùng nguồn tia xạ X. Các kỹ thuật tăng nhiệt và tăng nồng độ oxy ở tổ chức chiếu xạ gần đây cũng đã được áp dụng nhằm làm tăng hiệu quả điều trị.
13 - Nguồn Co-60 dưới dạng kim, chỉ, hạt hay lá được dùng trong kỹ thuật xạ trị áp sát (Brachytherapy) hay kỹ thuật xạ trị áp sát nạp nguồn sau (Afterloading Brachytherapy). - Co-60 cũng được dùng làm nguồn xạ chủ yếu cho các dao gama hiện nay (gama knife) để điều trị các khối u não, u gan, v.v. (Radiation surgery). Kỹ thuật này hiện phát triển mạnh ở các nước tiên tiến. Ngoài Co-60, Ra-226; người ta còn có thể sử dụng các nguồn bức xạ gama khác như: Cs-137 với T1/2 là 30 năm. Tuy thời gian bán huỷ cao hơn Co-60 nhưng Cs-137 lại có mức năng lượng bức xạ thấp hơn (0,662 MeV). 2.3.2. Bức xạ beta âm Bức xạ bêta phát ra từ các đồng vị phóng xạ được sử dụng sớm nhất và nhiều nhất vào điều trị trong số các hạt vi mô phát ra từ các hạt nhân nguyên tử. Chúng ta biết rằng trong những điều kiện xác định, hạt nhân của một đồng vị mà có số notro nhiều hơn proton có thể tự biến đổi từ 1 nrotron thành 1 proton đồng thời phát ra một tia bê ta âm. Bản chất của bê ta âm là điện tử, tức có khối lượng tĩnh, tuy rất bé, và mang một đơn vị điện tích âm; vì vậy nó tương tác với vật chất trên đường đi và gây ra hiệu ứng sinh học. Từ đó người ta dùng các đồng vị phóng xạ phát tia bê ta âm để điều trị. Năm 1936, lần đầu tiên Hamilton dùng P - 32 để điều trị bệnh leucemie. Năm 1946 Low Beer dùng giấy thấm tẩm dung dịch có P - 32 đặt lên applicator để điều trị ung thư tế bào đáy của da. Về sau, người ta sử dụng tia beta âm của nhiều đồng vị phóng xạ khác nhau như Y - 90, Sr- 89, I- 131... vào điều trị. Việc ứng dụng này ngày càng phát triển, được áp dụng rộng rãi không phải chỉ dưới dạng hợp chất vô cơ phức tạp nữa. Sau đây là các đồng vị phóng xạ phát bức xạ bêta âm thường dùng trong điều trị bên trong: +I-131: ó(364 KeV) và õ (600 KeV), T1/2=8ngày, thường dùng điều trị một số bệnh tuyên giáp. +P-32: õ ( 1710 ), T1/2 = 14,3 ngày. Điều trị Polycythemia vera và di căn xương, có thể gắn với ortho và diphosphnat. +Y-90: õ(2270 KeV), T1/2 = 2,7 ngày. Có thể gắn với DTPA để điều trị các di căn vào khoang. +Sr-89: õ (1760 KeV), T1/2=52 ngày, điều trị di căn xương +Au-89: õ (960 KeV), T1/2=2,7 ngày, điều trị di căn khoang +Rheinum ( Re-186) : õ (1070 KeV), T1/2=3,7 ngày, có thể gắn vào EHDP, điều trị di căn xương +Paladium (Pd-109) : õ (1000 KeV), T1/2=13,4 giờ, thường gắn kháng thể để điều trị. +Samarium (Sm-153) : õ (810 KeV; 710 KeV; 640 KeV), T1/2=46,8 giờ; điều trị di căn xương, hay dùng hợp chất gắn với EDTMP (ethylen diamine tetra methylene phosphonas) Tia õ- dùng trong điều trị dưới nhiều hình thức: xạ áp sát, dưới dạng các hạt keo hoặc đưa tới tận các tế bào bệnh bằng các nguồn hở theo cơ chế tập trung chọn lọc bằng hoạt động sinh lý bệnh. 2.3.3. Các hạt vi mô khác
14 Khởi đầu người ta chưa mạnh dạn dùng các hạt vi mô có khối lượng lớn hoặc điện tích cao vào điều trị vì chưa kiểm soát được hiệu ứng sinh học lớn lao của nó. Gần đây, nhờ có tiến bộ lớn về kỹ thuật mà các hạt nặng như hạt alpha ( 4He2), photon (1H0), Deteri (2H1) ngày càng được nghiên cứu ứng dụng rộng hơn vào điều trị. Kỹ thuật này gắn liền với các kỹ thuật về máy gia tốc hạt. Nguồn phát nơtron và các máy gia tốc hạt không những tạo ra các tác nhân trực tiếp cho điều trị như vừa nêu mà còn được ứng dụng trong kỹ thuật định lượng kích hoạt bằng nơtron để xác định các yếu tố vi lượng và đa lượng trong các mẫu sinh học. Ngoài ra, các nguồn phát notron và máy gia tốc còn được dùng cho điều trị theo đúng cách gián tiếp sau đây: có thể dùng nguồn phát nơtron để biến đồng vị bền thành đồng vị phóng xạ. Như vậy, trong điều kiện nhất định có thể chiếu nguồn nơtron trực tiếp vào mô bệnh, biến một đồng vị bền có sẵn thành đồng vị phóng xạ để tiêu diệt các tế bào bệnh. Đồng vị phóng xạ này thường có thời gian bán rã ngắn và chỉ khu chú tại nơi được chiếu mà thôi. Người ta áp dụng kỹ thuật này để điều trị bệnh tuyến giáp cho những phụ nữ có thai vì hạt nhân I-127 khi chịu tác dụng của nơtron sẽ biến thành I-128. Tia beta từ I-128 sẽ có tác dụng điều trị và thời gian bán rã của I-128 chỉ là 25 phút. Máy gia tốc đầu tiên là máy gia tốc tĩnh điện Vande Graaff vaf Cockroft- Walton ( 1932) có thể đạt được giá trị năng lượng hạt đến 2- 3 MeV. Sau đó, máy gia tốc vòng ( Cylotron) có thể đạt đên 300 MeV. Để đạt được tốc độ hơn nữa, người ta phải khắc phục sự lệch pha giữa thời gian điện cực biến đổi và thời gian hạt vi mô đến điện cực. Kỹ thuật Synchrocyclotr ra đời (1950) cho các chùm hạt đến 600 MeW. Sau đó, các máy gia tốc Synchrocyclotr (1956) cho phép tạo ra các chùm hạt đến hàng chục BeV. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố về việc dùng các hạt alpha, proton, positron và notron để điều trị các bệnh nội tiết ( acromegaly), thần kinh và ung thư. Gần đây, các nước tiên tiến còn sản xuất được máy gia tốc tạo ra các chùm positron chậm hoặc gia tốc các ion nặng vào mục đích điều trị. Kỹ thuật xạ trị điều biến chùm tia (IMRT) cũng trở nên phổ biến hơn. 2.4. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa Ở phần trên, chúng ta đã khảo sát bản chất của hiện tượng trong quá trình tương tác giữa bức xạ và vật chất. Tuy nhiên, quá trình truyền năng lượng của bức xạ lên tổ chức sinh học và gây tác dụng ở đó có những cơ chế phức tạp hơn. Hiện nay, người ta vẫn cho rằng có hai cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên tổ chức sinh học. 2.4.1. Cơ chế tác dụng trực tiếp Năng lượng bức xạ trực tiếp chuyển giao cho các phần tử cấu tạo tổ chức sinh học mà chủ yếu là các đại phân tử hữu cơ. Năng lượng đó ngây nên các quá trình kích thích và ion hóa các nguyên tử. Tiếp theo là các phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử mới tạo thành sau khi bị kích thích hoặc ion hóa. Hai giai đoạn này xảy ra rất nhanh trong khoảng phần nghìn giây. Các phân tử hữu cơ quan trọng bị tổn thương gây nên các tác dụng sinh học tiếp theo như tổn thương chức năng hoạt động, gây đột biến gen, hủy diệt tê bào v.v. Người ta có thể mô hình hóa các quá trình trên bằng sơ đồ như sau: → AB →AB*→ AB
15 → AB →AB*→ A* + B hoặc A + B* Đó là kích thích phân tử. Năng lượng tia có thể truyền cho phân tử AB và đưa AB về trạng thái kích thích (AB*). Ở trạng thái đó, phân tử AB* dễ kết hợp với các phân tử khác tạo ra phản ứng hóa học mới có thể chuyển giao năng lượng ban đầu( AB) . Cũng có khi phân tử ở trạng thái kích thích AB* bị phân ly thành các phân tử nhỏ hơn và cũng ở trạng thái kích thích (A*, B*) dễ gây các phản ứng mới, các phân tử mới với những động năng nhất định (A’, B‘) di chuyển trong môi trường. Các phân tử bị ion hóa theo phương trình: Năng lượng tia ion có thể ion hoá các phân tử hữu cơ tạo ra các ion âm hoặc ion dương ( AB+, AB-). Các ion này dễ kết hợp với nhau hoặc tự phân ly thành các ion ( A+, B+ , A-, B-) và các phân tử nhỏ hơn với những động năng nhất định ( A’, B’). Các sản phẩm này dễ tạo ra các sản phản ứng hoá học mới với các phân tử hữu cơ khác trong tổ chức sinh học. Các quá trình kích thích và ion hoá các nguyên tử, phân tử, các phản ứng hoá học xảy ra giữa các phân tử trước hết gây lên tổn thương tại đó sau đó có thể lan truyền ra các phân tử khác ở xung quanh. Một trong những luận điểm chứng minh cho cơ chế tác dụng trực tiếp của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học là thuyết “điểm nóng” De’seauer. De’seauer giải thích rằng năng lượng của bức xạ được hấp thụ tập trung vào những điểm rất nhỏ trong phân tử. Do vậy, nhiệt độ tại điểm đó tăng cao làm cho cấu trúc phân tử bị phá huỷ trước hết là các mạch nối giữa các phân tử carbon( C-C) hoặc giữa carbon và hidro (C-H). Để hiểu rõ hơn về lý luận đó, chúng ta xét một ví dụ sau: - Trọng lượng một phân tử hữu cơ là 15.000 đvnt, 1 đvnt = 1,66x1024g. Vậy trọng lượng phân tử hữu cơ đó là: 15.000 x1.66x1024 = 2.5x10-20g - Nếu năng lượng hấp thụ từ một chùm tia 100eV, lev = 1.6x1019jun. Vì đương lượng nhiệt của Jun là 4.18 calo/jun, cho nên: 100  1.6.1019 100cv = = 3.8 1018 calo 4.18 - Nhiệt độ tăng tại chỗ được tăng lên là: 3.8 1018 = 150 C 2.5 1020
16 Trong công tác nghiên cứu thực nghiệm người ta thường dùng đại lượng biểu diễn hiệu suất tác dụng trực tiếp G. Đó là tỷ số giữa số phân tử bị hư hại M và giá trị năng lượng E mà tổ chức sinh học hấp thụ được từ chùm tia chiếu vào: M G= E Thông thường người ta qui về giá trị 100eV của E. Lúc đó ta có: M G= 100 2.4.2. Cơ chế tác dụng gián tiếp Tuy nhiên, về lý thuyết, cơ chế tác dụng trực tiếp không giải thích được một số kết quả thực nghiệm, ví dụ: liều chiếu toàn thân từ 500 - 1000 r có thể gây tử vong ở người. Qua thực nghiệm người ta tính được rằng liều hấp thụ 1rad ở mô chỉ có 2 phân tử hữu cơ bị tổn thương. Mỗi tế bào trung bình có khối lượng khoảng 500 m 3 và chứa khoảng 1012 phân tử hữu cơ. Vậy, nếu hấp thụ 1 rad trong tế bào thì sẽ có khoảng 1000 phân tử bị tổn thương trực tiếp. Ta biết nước chiếm một tỉ lệ rất cao, từ 70 - 90% trong các tổ chức sinh học. Vì vậy có thể coi tổ chức sinh học như một môi trường bao gồm các phân tử hữu cơ và nước. Do đó, có thể nghĩ rằng bên cạnh cơ chế tác dụng trực tiếp còn có một cơ chế khác không kém phần quan trọng với vai trò to lớn của các phân tử nước làm trung gian. Đó là lý thuyết cơ chế tác dụng gián tiếp của bức xạ ion hoá lên tổ chức sinh học. Bức xạ ion hoá tác dụng lên phân tử nước, gây lên những biến đổi ở đó tạo ra các sản phẩm hoá học mới là các ion dương hoặc âm H2O- , H2O+, H+, OH- và các phân tử ở trạng thái kích thích, ví dụ: H2O*, H*, OH*. Các sản phẩm mới sẽ gây nên các phản ứng hoá học với các phân tử hữu cơ của tổ chức sinh học và làm biến đổi chúng. Như vậy, năng lượng của chùm tia đã tác dụng lên phân tử hữu cơ của tổ chức gián tiếp thông qua phân tử nước có trong đó. Có thể tóm tắt các quá trình đó bằng sơ đồ sau: - Kích thích các phân tử nước: H+ E → H2O → H2O* OH* - Ion hoá phân tử nước E → H2O → (H2O)+ + e- H* OH+ Phân tử nước có thể nhận được một điện tử và trở thành ion âm (H2O)-
17 OH- e-+H2O→ (H2O)- H* OH- + H+ → H2O OH+ + OH- → H2O2 Các gốc tự do H* và OH*ở thái kích thích có thời gian sống ngắn từ 10-6 đến 10-5 , rất dễ kết hợp với nhau theo các phản ứng: H* + H* → H2 H* + OH* → H2O OH* + OH* → H2O2 Khi có oxy hoà tan, H* sẽ tác dụng với oxy theo phản ứng: H* + O2 → HO*2 Nếu trong nước có các chất hoà tan thì HO*2 sẽ lấy điện tử của các chất đó và biến thành HO-2 sau đó tương tác với H+ tạo thành peroxy. H2O2 là một phần tử vật chất rất độc đối với các phân tử hữu cơ vì đó là chất oxy hoá rất mạnh. Nếu hàm lượng oxy trong môi trường càng nhiều thì hàm lượng H2O2 được sinh ra càng lớn. Dựa vào thuyết này người ta hiểu được tác dụng lan truyền rất xa, tác dụng kéo dài sau khi chiếu xạ, tác dụng của hàm lượng nước, oxy trong môi trường chiếu và hiện tượng khác trong phóng xạ sinh học. Trong cơ chế bức xạ ion hóa lên tổ chưc sinh học, hai lý thuyết sinh học, hai lý thuyết tác dụng trực tiếp và gián tiếp đều có giá trị quan trọng của nó. Ở mọi lúc, mọi chỗ, ở cả hai cơ chế đó đều tồn tại nhưng tuỳ thuộc môi trường và điều kiện mà có lúc cơ chế này có vai trò lớn hơn cơ chế kia. Hai cơ chế đó bổ chợ cho nhau giúp cho chúng ta hiểu được sâu sắc hơn bản chất của quá trình phóng xạ sinh học, làm cho chúng ta hành động có hiệu quả hơn trong công tác thực tiễn. Ghi nhớ: 1. Phân tích các đặc điểm của bức xạ dùng trong xạ trị 2. Nêu được sự tương tác của các bức xạ ion hoá với tổ chức sinh học 3. Cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ Lượng giá: 1. Kể 3 loại bức xạ dùng trong xạ trị: 2. Nêu 2 cơ chế tác dụng sinh học của bức xạ ion hoá Tài liệu tham khảo: [1] Y học hạt nhân. Sách dùng đào tạo bác sĩ đa khoa. Nhà xuất bản Y học, 2000 [2] Phan Sỹ An. Vật lý và lý sinh y học, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005. [3] Nguyễn xuân phách: Cơ sở vật lý và Toán học trong y học hạt nhân, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005.
18 BÀI 3: CHẨN ĐOÁN BỆNH LÝ XƯƠNG BẰNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Giới thiệu: Ghi hình xương toàn thân với các dược chất phóng xạ thích hợp có thể giúp ta phát hiện các di căn ung thư vào xương. Thông thường hay gặp ung thư vú có di căn vào xương, chiếm khoảng 85% các trường hợp. Tiếp đến là ung thư tiền liệt tuyến có di căn vào xương chiếm khoảng 80% các trường hợp. Đứng thứ 3 là ung thư phổi chiếm khoảng 30 - 50% có di căn. 1. Mục tiêu: 1.1. Nêu được các chỉ định xạ hình xương. 1.2. Trình bày được cách đánh giá kết quả trong xạ hình xương. 2. Nội dung 2.1. Nuyên lý Năm 1942, Treadwell và cộng sự đã sử dụng phương pháp tự chụp phóng xạ bằng tia gamma của 85Sr để nghiên cứu ung thư nguyên phát. Ngày nay, sử dụng các đồng vị phóng xạ để ghi hình xương có một tầm quan trọng đặc biệt trong chuẩn đoán của bệnh hệ xương khớp. Những tổn thương hay bị phá huỷ thường đi kèm với tái tạo xương nên những nơi này có sự tăng hoạt động chuyển hóa quay vòng calci. Nếu dùng các chất phóng xạ có chuyển hoá tương đồng với calci đưa vào cơ thể thì chúng sẽ tập trung tại những vùng xương bị tổn thương (vùng đang được tái tạo) với nồng độ cao hơn so với tổ chức xương bình thường. Như vậy, những nơi xương tổn thương sẽ có hoạt tính phóng xạ cao hơn tổ chức xương lành xung quanh. Đây là nguyên lý chung của xạ hình xương. 2.2. Các chỉ định Chỉ định xạ hình xương trong các trường hợp sau: + Định khu các tổn thương xương (xạ hình xương nhạy hơn chụp X quang thông thường). + Phát trí làm sinh thiết và có thể xác định mức độ lan rộng của các tổn thương, phá huỷ xương không ác tính trong cốt tuỷ viêm. + Được chỉ định như một nghiệm pháp sàng lọc ( Screening test) để phát hiện di căn của các hiện các di căn vào xương của các bệnh nhân ung thư vú, ung thư tiền liệt tuyến trước khi thấy được trên phim X quang và để xác định mức độ lan rộng thực sự của di căn xương khi đã thấy tổn thương xương. Điều này đặc biệt ích lợi để lập kế hoạch xạ trị. + Xác định vị loại ung thư vú, ung thư phổi, và vùng chậu trước khi quyết định điều trị bằng phẫu thuật. + Đánh giá vùng khó xác định bằng chụp X quang thường quy như xương bả vai, xương ức. + Phát hiện các di căn xương tới các cơ quan khác (trừ Sarcoma xương nguyên phát) 2.3. Các dược chất phóng xạ Có nhiều dược chất phóng xạ để ghi hình xương như: - Stronctium - 85(85Sr), dung dịch tiêm tĩnh mạch liều khoảng 100  Ci.
19 - Fluo - 18 (F18), dung dịch tiêm tĩnh mạch liều 1mCi - Pyrophosphate - 99mTC 2mCi Hiện nay, MDP-99mTC (Methylene diphosphate) và HMDP-99mTc (Hydroxyl methylene diphosphate) là hai chất được sử dung rộng rãi nhất. Có thể ghi hình xương bằng máy ghi hình Scanner, máy gama camera, SPECT ( Single Photon Emission Computerzed Tomography). 2.4. Chuẩn bị bệnh nhân - Kỹ thuật tiến hành vào buổi sáng - Nhịn ăn sáng hoàn toàn. - Bệnh nhân được làm đầy đủ các loại xét nghiệm kể cả xét nghiệm chẩn đoán và xét nghiệm thường qui như: + Điện tâm đồ ( Nếu bệnh nhân tuổi > 50) + Chụp tim phổi. + Chức năng thận + Công thức máu, máu chảy, máu đông + Chức năng gan như GOT, GPT 2.5. Đánh giá kết quả - Việc đánh giá kết qủa trong ghi hình xương dựa vào nguyên tắc tập trung hoạt tính phóng xạ ở những vùng tổn thương cao hơn với các tổ chức xương xung quanh. Điều này có nghĩa là những nơi tập trung hoạt tính phóng xạ không cân xứng hoặc tập trung không đồng đều trên cột sống hoặc các xương dài được xem là hình ghi dương tính. Vùng tăng hoạt tính phóng xạ phù hợp với mức độ lan rộng của tổn thương. - Ghi hình xương toàn thân với các dược chất phóng xạ thích hợp có thể giúp ta phát hiện các di căn ung thư vào xương. Thông thường hay gặp ung thư vú có di căn vào xương, chiếm khoảng 85% các trường hợp. Tiếp đến là ung thư tiền liệt tuyến có di căn vào xương chiếm khoảng 80% các trường hợp. Đứng thứ 3 là ung thư phổi chiếm khoảng 30 - 50% có di căn. - Ung thư tiên phát ở xương thường gặp 20% là sarcoma xương, biểu hiện ở những vùng có mật độ phóng xạ cao, đậm đặc. Các di căn vào phổi trên bệnh nhân sarcoma xương cũng có thể lên hình với các dược chất phóng xạ. Xạ hình xương giúp xác định một cách đặc hiệu ung thư nguyên phát của các di căn này. 2.6. Hạn chế của phương pháp Ghi hình xương bằng đồng vị phóng xạ là một nghiệm pháp có giá trị chuẩn đoán cao đặc biệt là khả năng phát hiện sớm các tổn thương nguyên phát hoặc di căn vào xương trước rất nhiều so với phim X quang thường quy (thường sớm hơn từ 6 tháng đên 1 năm trước khi thấy tổn thương trên X quang). Tuy nhiên , ghi hình xương bằng đồng vị phóng xạ vẫn tồn tại một số hạn chế, đó là tương đối không đặc hiệu. Một số tổn thương trong bệnh Paget, gẫy xương, viêm khớp đều cho hình ảnh dương tính và trong nhiều trương hợp không phân biệt được tổn thương ác tính.
20 Hình 10: Các vị trí u xương thường gặp Ghi nhớ: 1. Nêu được các chỉ định xạ hình xương. 2. Trình bày được cách đánh giá kết quả trong xạ hình xương. Lượng giá: 1. Nêu nguyên lý của phương pháp xạ hình xương 2. Nêu các chỉ định xạ hình xương 3. Các loại dược chất phóng xạ thường dùng trong xạ hình xương 4. Trình bày cách đánh giá kết quả xạ hình xương Tài liệu tham khảo: [1] Y học hạt nhân. Sách dùng đào tạo bác sĩ đa khoa. Nhà xuất bản Y học, 2000 [2] Phan Sỹ An. Vật lý và lý sinh y học, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005. [3] Nguyễn xuân phách: Cơ sở vật lý và Toán học trong y học hạt nhân, Nhà xuất bản Y học, Hà nội 2005.