Chúng ta đã quen với những phương pháp chẩn đoán bằng hình ảnh trong y khoa như chụp X -quang, chụp CT (computed tomography), mới đây hơn là MRI (magnetic resonace imaging), một kĩ thuật “tương tự” phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR trong hóa hữu cơ. Và mới đây nhất là kĩ thuật PET (positron emission tomography) - chẩn đoán hình ảnh bằng phát xạ positron .
Hiện nay PET, cũng như MRI được dùng kết hợp với CT để cho ra những kết quả chẩn đoán chính xác cao hơn, việc kết hợp ưu thế của từng thiết bị, công nghệ với nhau sẽ cho hiệu quả tối ưu nhất .
PET được dùng để trong lĩnh vực chẩn đoán ung thư, tim mạch, thần kinh .
Cơ sở lý thuyết của PET như sau:
Trong cơ thể người, việc trao đổi chất, năng lượng diễn ra thường xuyên thông qua các phân tử đường glucose C6H12O6 . Với những tế bào bình thường thì tốc độ trao đổi này diễn ra với vận tốc bình thường, nhưng với những tế bào ung thư, những tế bào sinh sôi một cách tự phát, vượt khỏi cơ chế kiểm soát thông thường của cơ thể thì đòi hỏi nhu cầu trao đổi chất nhiều hơn tế bào thường để tồn tại, tốc độ trao đổi nhanh gấp khoảng 20 lần thông thường .
Khi tiêm vào cơ thể hợp chất phóng xạ FDG, Fluorodeoxyglucose, trong đó 1H của phân tử đường được thay thế bằng 1 nguyên tử 18-F có tính phóng xạ , thì những phân tử đường nà cũng tiến hành trao đổi chất như bình thường, nhưng khoảng 10 giây sau khi tiêm thì đến chu kì bán huỷ của đồng vị phóng xạ 18-F, những nguyên tử này sẽ phát xạ những hạt positron, là phản hạt của electron, e+, những e+ này di chuyển sẽ gặp ngay những electron trong cơ thể và kết hợp với nhau, tiêu huỷ và sinh ra tia gamma. Hệ thống PET của chúng ta lúc này sẽ bắt những tia gamma đó và đo lường cường độ tia để xác định những nơi nào là trao đổi chất bình thường, nơi nào có cường độ cao hơn thì chứng tỏ trao đổi chất nhanh hơn, xác định những vùng trao đổi chất nhanh bất thường sẽ giúp chẩn đoán ung thư .
Ưu điểm của công nghệ PET là cho ra những hình ảnh 3 chiều giúp việc chẩn đoán rõ ràng hơn, dễ dàng hơn .
Việc sản xuất FDG là công việc của những nhà hóa học phóng xạ với những máy gia tốc vòng cyclotron.
Hiện nay những công nghệ này đều đã có mặt tại VN và hiện đang áp dụng tại các bệnh viện của thành phố lớn như Bạch Mai, Việt Đức (Hà Nội), Medic, Chợ Rẫy (HCM) và sắp tới là những bệnh viện lớn khác . Đây là dự án hợp tác của VN và các nước châu Âu (như Đức, Bỉ) giúp chi phí chữa bệnh của bệnh nhân giảm đáng kể . Chi phí cho 1 ca chụp PET nếu bệnh nhân từ VN bay qua Singapore thì tổng cộng khoảng 5000 USD cả tiền vé máy bay và ăn ở, nhưng chụp ở VN chỉ khoảng 1000USD và 1 ngày 1 máy PET có thể chụp cho 10 bệnh nhân . Như vậy có thể nói nhà hóa học phóng xạ sẽ hợp tác cùng nhà vật lý, dược sĩ trong cùng 1 nhóm và có nghề nghiệp mới, hấp dẫn, thu nhập cao .
Thân!
(to be continued)
PET là kĩ thuật chụp hình trong y khoa hạt nhân, cho ra hình ảnh 3 chiều hay các quá trình sinh lý trong cơ thể .
Hệ thống sẽ nhận biết cặp tia gamma phát ra do sự tiêu huỷ positron và electron, positron có được nhờ đưa 1 phân tử sinh học đã hoạt hóa vào cơ thể .
Hình ảnh của sự phát xạ sẽ được vẽ lại trong không gian 3 chiều nhờ máy tính phân tích dữ liệu thu được . Với những máy hiện đại thì 3 quá trình PET, CT, X quang cùng thực hiện trên bệnh nhân trên cùng 1 máy, và làm cùng lúc .
Nếu phân tử sinh học hoạt hóa được chọn là FDG, chúng ta sẽ thu được hình ảnh về sự trao đổi chất của mô . Có rất nhiều phân tử sinh học hoạt hóa được chọn tùy theo mục đích khác nhau nhưng FDG là phổ biến nhất .
Máy PET
Đầu tiên người ta bơm vào máu người phân tử sinh học hoạt hóa, có tính phóng xạ . Các phân tử hoạt hóa sẽ phân rã hay phát xạ positron sau khi tiêm vào . Quá trình này cần 1 chu kì, 1 thời gian chờ đợi để xảy ra, sau đó người bệnh sẽ được đưa vào máy quét, với FDG, thời gian chờ thường là 1 giờ . Sau khi đồng vị phóng xạ phân rã, phát xạ positron (phân huỷ beta), các hạt này di chuyển vài milimet, gặp electron, 2 phản vật chất này sẽ triệt tiêu lẫn nhau, cặp photon (tia gamma) sẽ đi 2 hướng ngược nhau, chúng sẽ đi tới các scintilator (hợp chất hấp thu năng lượng điện từ cao) trong thiết bị quét, đột ngột tạo thành ánh sáng và được nhận biết bởi ống quang nhân photomultiplier tubes PMT hay Si APD (avalanche photodiodes) kĩ thuật này phụ thuộc vào việc cặp photon phải đến cùng một lúc, nếu không (2 hạt đến trễ vài nano giây) sẽ không nhận được . Về nguyên tắc thì 2 hạt photon đập vào nhau và sau đó đi ra theo 2 hướng ngược chiều nhau và được nhận biết ở 2 hướng ngược nhau trên cùng 1 đường thẳng (gần 180o), do đó nếu đi theo đường thẳng (line of response LOR) ta có thể biết nơi xảy ra va chạm, với điều kiện thời gian xảy ra không quá pico giây 10^-12 s đến 10^-10 s, dựa vào thời gian bay của 2 photon, chúng ta đo lường được quãng đường và xác định vị trí xảy ra va chạm, tuy nhiên kĩ thuật này không phổ biến và chỉ áp dụng cho vài máy .
Các dữ liệu thu được từ PET cho ít thông tin hơn từ CT, nhưng để xây dựng lại và phân tích dữ liệu bằng máy vi tính thì đòi hỏi công việc khó hơn CT . Nó dựa trên thống kê trùng lắp . Cứ 1000 lần 2 photon gặp nhau cùng lúc thì nó chọn ra 10 và dùng phương trình đồng nhấ để giải, cuối cùng vẽ ra hình ảnh PET (phần này khó quá đọc không hiểu nên không viết sâu thêm!!!) Do PET chứa ít thông tin nhưng cần thiết nên ngày nay người ta kết hợp nó với CT, cũng như MRI với CT . Do việc quét CT và PET có thể tiến hành cùng 1 lúc nên các máy PET cũng được trang bị CT để bệnh nhân không phải di chuyển nhiều để chụp 2 ảnh này . Đồng vị phóng xạ được dùng trong PET là những chất có chu kì bán huỷ ngắn như 11C (20 phút), 13N (10 phút), 15O (2 phút), 18F (110 phút), những nguyên tố này kết hợp với những phân tử trong cơ thể như đường, nước, ammonia . Việc điều chế những chất này sử dụng máy gia tốc hạt cyclotron, bằng cách dùng tần số cao, thay điện thế … to be continued with lịch sử PET, ứng dụng PET, an toàn khi dùng PET and the end!