Nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ

1. Sử dụng đồng vị phóng xạ trong ghi hình khối u

Hiện nay, để chẩn đoán và phát hiện các bệnh lý khối u có thể sử dụng những kỹ thuật ghi hình thường quy như siêu âm, chụp X-quang, cắt lớp vi tính hoặc cộng hưởng từ, ...

Ngoài ra, y học hạt nhân sử dụng đồng vị phóng xạ ngày càng được ứng dụng rộng rãi, là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh cho phép ghi hình phát hiện khối u trong nhiều bệnh lý ung thư.

Trong đó, ghi hình khối u bằng đồng vị phóng xạ có 3 nhóm phương pháp chính:

• Ghi hình khối u theo nguyên tắc tương phản bằng buồng gamma, máy SPECT. Phương pháp này bao gồm ghi hình theo nguyên tắc tương phản âm tính và tương phản dương tính.
• Ghi hình khối u đặc hiệu, hay còn gọi là ghi hình miễn dịch phóng xạ (Radio Immuno scintigraphy, viết tắt là RIS).
• Ghi hình khối u theo nguyên tắc chuyển hoá bằng máy PET.

2.1 Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT

2.1.1 Nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT

Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy xạ hình SPECT (viết tắt của Single Photon Emission Computed Tomography, chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon) là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiện đại cho phép phát hiện những thay đổi của bệnh ở mức độ phân tử.

Kỹ thuật tạo ảnh của máy SPECT cũng tương tự và được phát triển từ máy chụp cắt lớp vi tính CT-Scanner. Nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ của máy SPECT như sau:

• Nguồn phóng xạ được đưa vào người bệnh, đến vị trí cần ghi hình theo đường uống hoặc tiêm, ... để phát ra chùm bức xạ photon. Khi cơ thể phát ra chùm bức xạ, hệ detector sẽ quay quanh người bệnh để ghi nhận chùm bức xạ.
• Dựa vào đặc điểm sinh lý và bệnh lý, hình ảnh thu được sẽ thể hiện vùng tổn thương tập trung đồng vị phóng xạ, nhờ đó cung cấp thông chức năng của bộ phận, tổ chức được thăm khám.
• Hình ảnh thu được bằng máy SPECT là hình ảnh không gian 3 chiều, hiển thị rõ rệt nhằm phục vụ đánh giá chức năng của một số cơ quan trong cơ thể, quá trình chuyển hóa tế bào.

2.1.2 Ứng dụng của tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT

Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT có thể dùng để chụp toàn thân, ở thể tĩnh hoặc động, chụp 3 pha hoặc cắt lớp, ... Ghi hình bằng máy SPECT được chỉ định trong những trường hợp sau:

• Thăm dò và đánh giá hình thể, chức năng với độ chính xác cao một số cơ quan như não, tuyến giáp, gan, mật, thận, ...
• Chẩn đoán và phát hiện sớm các tổn thương ở não như thiếu máu não, tai biến mạch máu não gây nhồi máu não, ...
• Chẩn đoán và đánh giá một số bệnh tim mạch như bệnh mạch vành, nhồi máu cơ tim, ....
• Sử dụng đồng vị phóng xạ để xạ hình tuyến giáp, phổi, hệ tiêu hóa, gan, mật, thận, xương, hệ bạch huyết.
• Sử dụng đồng vị phóng xạ của iot để xác định khối u thần kinh nội tiết....
• Ngoài ra, máy SPECT còn được sử dụng để hỗ trợ lấy mẫu sinh thiết hoặc phẫu thuật điều trị cắt bỏ.

2.1.3 Ưu điểm của tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT

Với nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ nêu trên, máy SPECT là thiết bị chẩn đoán hình ảnh hiện đại với những ưu điểm sau:

• Cho phép phát hiện sớm khối u và ung thư di căn.
• Đánh giá khả năng tái phát so với những phương pháp khác như siêu âm, chụp cắt lớp vi tính và cộng hưởng từ.
• Theo dõi khả năng đáp ứng và đánh giá hiệu quả sau điều trị. Dựa vào kết quả, bác sĩ điều trị sẽ thay đổi liều lượng hóa trị hoặc xạ trị phù hợp.

2.2 Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET

2.2.1 Nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET

Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy xạ hình PET (viết tắt của Positron Emission Tomography, chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn positron) là kỹ thuật ghi hình ở mức độ tế bào và mức độ phân tử.

Nguyên tắc ghi hình khối u bằng máy PET là áp dụng cơ chế tập trung các dược chất phóng xạ được lựa chọn một cách đặc hiệu. Để lựa chọn dược chất phóng xạ phù hợp cần dựa vào cơ sở là những điểm khác biệt về mặt sinh lý học hoặc quá trình chuyển hóa giữa tổ chức khối u với tổ chức bình thường.

Nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET như sau:

• Đánh dấu các chất chuyển hóa trong khối u bằng nguồn phóng xạ phát ra chùm bức xạ positron. Theo sự lưu chuyển của máu, nguồn phóng xạ sẽ tập trung ở những tổ chức khối u và tại đó tham gia vào quá trình chuyển hoá, tổng hợp cũng như biến đổi của tế bào ung th­ư.
• So với những tổ chức lành xung quanh, vùng tổn thương là khối u sẽ tập trung dược chất phóng xạ và thể hiện rõ nét sự chênh lệch hoạt độ phóng xạ.
• Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET sẽ thu đư­ợc hình ảnh chức năng của những tổ chức ung thư­ đặc hiệu từ giai đoạn rất sớm, khi các tế bào ung thư­ còn đang trong giai đoạn rối loạn chuyển hoá. Trong khi đó, chẩn đoán hình ảnh bằng máy CT hoặc MRI, ... chỉ cho phép phát hiện được khi tổ chức ung thư­ bị phá huỷ ở mức độ lớn.

2.2.2 Cơ chế tập trung sử dụng đồng vị phóng xạ để tạo ảnh của máy PET

Nguyên tắc cơ bản để thu được hình ảnh khối u của máy PET đó là áp dụng cơ chế tập trung các dược chất phóng xạ ở những tế bào ung thư. Cơ chế này được sử dụng như sau:

• So với những tổ chức bình thường, khối u có tốc độ phát triển rất nhanh, vì vậy làm tăng tỷ lệ sử dụng những tiền thân của DNA trong khối u. Dùng đồng vị phóng xạ C-11 gắn với những tiền thân này sẽ ghi hình những nơi mà vùng tổn thương ác tính tập trung và thể hiện vùng tăng hoạt tính phóng xạ trên hình ảnh.
• So với những tổ chức bình thường, khối u có tốc độ tổng hợp protein cao hơn, vì vậy làm tăng quá trình sử dụng, vận chuyển và kết hợp nhiều loại axit amin trong các tổ chức ung thư. Dùng đồng vị phóng xạ C-11 gắn với những axit amin này sẽ ghi hình những nơi mà vùng tổn thương ác tính tập trung và thể hiện vùng tăng hoạt độ phóng xạ trên hình ảnh.
• So với những tổ chức bình thường, khối u có hiện tư­ợng phân huỷ glucose kỵ khí và ­ưa khí hơn, vì vậy nhu cầu sử dụng glucose của khối u cao hơn. Những đồng vị phóng xạ 18F-FDG hoặc C-11 được gắn vào sẽ ghi hình những nơi mà vùng tổn thương ác tính tập trung và thể hiện vùng tăng hoạt độ phóng xạ trên hình ảnh.

Có nhiều dược chất phóng xạ được dùng để ghi hình khối u, tùy vào đặc điểm và tính chất của tế bào ung thư sẽ sử dụng dược chất phóng xạ phù hợp để ghi hình.

2.2.3 Ứng dụng của tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET

Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ bằng máy PET cung cấp hình ảnh không gian 3 chiều, có độ dày lớp cắt khoảng từ 3 - 4mm và có thể được cắt theo cả 3 chiều (ngang, dọc trước - sau, phải - trái). Máy PET có thể ghi hình từng vùng hoặc toàn thân và thường được chỉ định trong những trường hợp sau:

• Ghi hình tưới máu cơ tim, tưới máu não, ...
• Phát hiện các khối u ung thư.
• Theo dõi và đánh giá kết quả của điều trị.

2.2.4 Ưu điểm của tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy PET

Với nguyên lý tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ và nguyên tắc tập trung dược chất phóng xạ nêu trên, kỹ thuật ghi hình của máy PET có những ưu điểm sau:

• Cung cấp cả hình ảnh chức năng chuyển hóa và giải phẫu của khối u, trong khi đó chẩn đoán bằng máy chụp CT và MRT chỉ cung cấp hình ảnh giải phẫu.
• Có độ nhạy và độ đặc hiệu cao hơn, giúp phát hiện ung thư ở giai đoạn sớm.
• Đánh giá sớm và một cách chính xác khả năng đáp ứng trong điều trị ung thư.
• Phân biệt giữa tổ chức ung thư so với các tổ chức sẹo xơ hoặc hoại tử, ...

Tạo ảnh bằng đồng vị phóng xạ với máy SPECT và PET kết hợp với chụp CT là những phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại giúp phát hiện ung thư ở giai đoạn sớm, đồng thời theo dõi và đánh giá khả năng đáp ứng trong và sau điều trị.