Giới thiệu chung về đồng vị phóng xạ Chẩn đoán hình ảnh trong y học hạt nhân

1. PhÇn II:PhÇn II:PhÇn II:PhÇn II:
Y häc h¹t nh©nY häc h¹t nh©nY häc h¹t nh©nY häc h¹t nh©n
NguyÔn Th¸i HµNguyÔn Th¸i HµNguyÔn Th¸i HµNguyÔn Th¸i Hµ
BM C«ng nghÖBM C«ng nghÖBM C«ng nghÖBM C«ng nghÖ §§§§iÖn töiÖn töiÖn töiÖn tö – KhoaKhoaKhoaKhoa §§§§TTTT----VTVTVTVT

2. Néi dung
Giíi thiÖu chung vÒ ®ång vÞ phãng x¹
Nguyªn tö, h¹t nh©n vµ c¸c ®ång vÞ.
Sù s¶n sinh c¸c ®ång vÞ phãng x¹.
T o ¶nh ch c năng trong y häc h¹t nh©n
Gamma camera.Gamma camera.
T¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ positron (PET).
T¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬n (SPECT).
§iÒu trÞ b»ng phãng x¹ vµ ®ång vÞ phãng x¹
§iÒu trÞ b»ng nguån phãng x¹ kÝn.
ThiÕt bÞ x¹ trÞ Coban-60.

3. Giíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒ
®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹
Giíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒGiíi thiÖu chung vÒ
®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹®ång vÞ phãng x¹

4. Nguyªn tö, h¹t nh©n vµ c¸c ®ång vÞ
CÊu tróc nguyªn tö vµ n¨ng l−îng nguyªn tö.
C¸c ®ång vÞ:
§ång vÞ æn ®Þnh.
§ång vÞ phãng x¹.
Chu k× b¸n r·.Chu k× b¸n r·.
Bøc x¹ h¹t nh©n.
N¨ng l−îng cña bøc x¹ h¹t nh©n.

5. Sù s¶n sinh c¸c ®ång vÞ
Phãng x¹ xuÊt hiÖn tù nhiªn.
Phãng x¹ nÒn nh©n t¹o.
Ph¶n øng n¬tron vµ c¸c ®ång vÞ phãng x¹ nh©n
t¹o.
C¸c ®¬n vÞ ®o phãng x¹.

6. ChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n h××××nh ¶nhnh ¶nhnh ¶nhnh ¶nh
trong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©n
ChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n hChÈn ®o¸n h××××nh ¶nhnh ¶nhnh ¶nhnh ¶nh
trong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©ntrong y häc h¹t nh©n

7. GAMMA CAMERAGAMMA CAMERA

8. Gamma Camera

9. GAMMA CAMERA
ThiÕt kÕ c¬ b¶n cña mét gamma camera

10. GAMMA CAMERA
(a) Dµn quay trßn víi mét ®Çu ghi ¶nh
(b) Dµn quay trßn víi hai ®Çu ghi ¶nh

11. GAMMA CAMERA
Gamma camera lµ mét thiÕt bÞ t¹o ¶nh trong y häc h¹t
nh©n, bao gåm:
èng chuÈn trùc: nhËn c¸c tia gamma vu«ng gãc tõ bÖnh nh©n ®Õn.
Tinh thÓ ph¸t s¸ng (NaI:Tl): hÊp thô c¸c tia gamma vµ chuyÓn thµnh
c¸c photon ¸nh s¸ng.
D·y èng nh©n quang: chuyÓn ¸nh s¸ng thµnh c¸c xung ®iÖn vµD·y èng nh©n quang: chuyÓn ¸nh s¸ng thµnh c¸c xung ®iÖn vµ
khuÕch ®¹i.
M¹ch khuÕch ®¹i ®iÖn tÝch.
M¹ch x¸c ®Þnh vÞ trÝ: tÝnh to¸n to¹ ®é x, y cña tia gamma.
Bé ph©n tÝch chiÒu cao xung: chÊp nhËn tÝn hiÖu x, y nÕu n»m trong
cöa sæ lùa chän.
M¸y tÝnh.
PhÇn ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ

12. §é nh¹y cña Gamma Camera
Camera ¶nh
Nguån
§é nh¹y = Sè lÇn ®Õm mçi gi©y/microcurie

13. §é nh¹y cña Gamma Camera
§é nh¹y: Sè photon ®−îc ph¸t hiÖn vµ ®−îc sö dông
trong ¶nh cho mçi ®¬n vÞ phãng x¹ (mCi).
§é nh¹y cùc ®¹i th−êng t¹o ra bãng mê ¶nh cùc ®¹i.
§é nh¹y gi¶m khi cöa sæ bé ph©n tÝch chiÒu cao xung
nhá hoÆc ®Þnh vÞ kh«ng t−¬ng øng víi phæ n¨ng l−îngnhá hoÆc ®Þnh vÞ kh«ng t−¬ng øng víi phæ n¨ng l−îng
photon.
§é nh¹y camera th−êng n»m trong ph¹m vi tõ 100 -
1000 lÇn ®Õm/mCi. (1mCi th−êng t¹o ra 37.000
photon/gi©y).

14. Thêi gian chÕt (dead time)
Thêi gian chÕt:
Sè
lÇn
®Õm
ghi
®−îc
Mét detector kh«ng cã thêi
gian chÕt sÏ cho ®å thÞ lµ
§Õm thiÕu
Sè photon tíi ®Õm ®−îc
®−îc
gian chÕt sÏ cho ®å thÞ lµ
®−êng th¼ng. Cßn ®−êng
cong biÓu thÞ cho qu¸ tr×nh
®Õm qu¸ nhanh khiÕn cho
sè photon ®Õm ®−îc nhá
h¬n tæng sè photon tíi, v×
vËy sÏ bÞ mÊt mét sè khi
®Õm.

15. èèèèng chuÈn trùc
(a) ThiÕt kÕ ®iÓn h×nh cña èng chuÈn trùc bè trÝ lç d¹ng tæ ong.
(b) Sù kh¸c nhau gi÷a thiÕt kÕ d¹ng cast vµ foil
(c) Phantom sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ ®é ph©n gi¶i cña mét hÖ thèng
camera/collimator.

16. èèèèng chuÈn trùc
NhiÖm vô:
Kh«ng cho phÐp c¸c bøc x¹ xiªn mµ chØ cho phÐp c¸c
bøc x¹ vu«ng gãc víi bÒ mÆt detector ®−îc ®i qua.
CÊu t¹o:
§−îc cÊu t¹o tõ mét tÊm lç tæ ong b»ng ch× hoÆc§−îc cÊu t¹o tõ mét tÊm lç tæ ong b»ng ch× hoÆc
Vonfram.
Mçi lç cña tinh thÓ chØ cã kh¶ n¨ng quan s¸t mét nguån
ph¸t x¹ tõ ®iÓm t−¬ng øng trªn c¬ thÓ bÖnh nh©n.
Detector ®ãng vai trß nh− mét l−íi chèng t¸n x¹.
BÒ dµy, sè l−îng vµ kÝch cì cña c¸c lç vµ c¸ch thøc s¾p
xÕp hoÆc ®Þnh h−íng chóng quyÕt ®Þnh sù kh¸c nhau
gi÷a c¸c èng chuÈn trùc.

17. èèèèng chuÈn trùc
§é nh¹y cao
§é ph©n gi¶i cao
Héi tô
Ph©n kú
(a) (b) èng chuÈn trùc lç song song
(c) èng chuÈn trùc héi tô khuÕch ®¹i ¶nh
(d) èng chuÈn trùc ph©n kú thu nhá ¶nh

18. èèèèng chuÈn trùc lç song song
(Parallel - Hole Collimator)
§Æc ®iÓm:
KÝch th−íc cña ¶nh t¹i tinh thÓ b»ng víi kÝch th−íc thùc
cña nguån phãng x¹ ®−îc t¹o ¶nh.
C¸c photon chuyÓn ®éng theo h−íng song song víi c¸c
lç.lç.
§é nh¹y camera kh«ng bÞ ¶nh h−ëng bëi sù thay ®æi
kho¶ng c¸ch gi÷a nguån vµ camera.
èng chuÈn trùc ®é nh¹y cao cho vïng nöa tèi lín (¶nh
kh«ng s¾c nÐt).
èng chuÈn trùc ®é ph©n gi¶i cao cã ®é s©u lín h¬n
nh−ng cho vïng nöa tèi nhá h¬n.

19. èèèèng chuÈn trùc héi tô
(Converging Collimator)
§Æc ®iÓm:
C¸c lç ®−îc x¾p xÕp sao cho chóng héi tô vµo mét ®iÓm
n»m tr−íc èng chuÈn trùc.
T¹o ra ¶nh phãng to, ¶nh cã xu h−íng bÞ mÐo xung
quanh c¸c c¹nh.quanh c¸c c¹nh.
Tr−êng quan s¸t cña èng gi¶m ®i khi t¨ng kho¶ng c¸ch
tõ mÆt èng chuÈn trùc.
Khi nguån phãng x¹ c¸ch xa khái mÆt èng chuÈn trùc,
®é nh¹y t¨ng lªn tû lÖ víi b×nh ph−¬ng kho¶ng c¸ch.
ThÝch hîp cho t¹o ¶nh c¸c c¬ quan nhá nh− tuyÕn gi¸p,
thËn vµ tim.

20. èèèèng chuÈn trùc ph©n kú
(Diverging Collimator)
§Æc ®iÓm:
Tr−êng quan s¸t t¨ng lªn theo kho¶ng c¸ch, phô thuéc
vµo gãc cña c¸c lç.
¶nh t¹i bÒ mÆt tinh thÓ nhá h¬n kÝch th−íc thùc cña
nguån phãng x¹.nguån phãng x¹.
¶nh bÞ mÐo khi thay ®æi ®é phãng ®¹i theo kho¶ng
c¸ch.
§é nh¹y cña camera g¾n víi èng chuÈn trùc ph©n t¸n
gi¶m ®i theo kho¶ng c¸ch gi÷a nguån vµ camera.

21. èèèèng chuÈn trùc ®iÓm lç
(Pin-Hole Collimator)
¶nh
§é
nh¹y

22. èèèèng chuÈn trùc ®iÓm lç
(Pin-Hole Collimator)
Nguyªn lý:
Phãng x¹ tõ mçi ®iÓm trong c¬ thÓ bÞ giíi h¹n bëi mét
®iÓm t−¬ng øng trªn tinh thÓ khi phãng x¹ truyÒn qua lç.
Nã t¹o ra ¶nh cña nguån trªn bÒ mÆt tinh thÓ.
§Æc ®iÓm:§Æc ®iÓm:
ChØ gåm mét lç nhá.
T¹o ra ¶nh bÞ ®¶o ng−îc so víi nguån.
Tr−êng quan s¸t phô thuéc kho¶ng c¸ch tõ nguån tíi
èng chuÈn trùc.
Lç to cho ®é nh¹y lín nh−ng ¶nh mê h¬n.

23. M¶ng èng nh©n quang
(photomultiplier tube array)
èng nh©n
quang
èng nh©n
quang
èng nh©n
quangquang quang quang

24. M¶ng èng nh©n quang
(a) 5 èng PM t−¬ng øng víi 5 photon ¸nh s¸ng
(b) KhuÕch ®¹i kh«ng tuyÕn tÝnh c¸c tÝn hiÖu nµy, lo¹i bá c¸c tÝn hiÖu
cã biªn ®é nhá.

25. Bé ph©n tÝch chiÒu cao xung
Bé ph©n tÝch chiÒu cao xung lµ mét m¹ch ®iÖn tö
cã thÓ ®Æt ng−ìng giíi h¹n trªn vµ giíi h¹n d−íi
cña n¨ng l−îng ®Ønh ¶nh vµ chØ chÊp nhËn c¸c tÝn
hiÖu trong kho¶ng giíi h¹n ®ã.
(Photo-peak (n¨ng l−îng ®Ønh ¶nh): lµ ®Ønh trong phæ(Photo-peak (n¨ng l−îng ®Ønh ¶nh): lµ ®Ønh trong phæ
n¨ng l−îng cña detector ph¸t s¸ng t−¬ng øng víi sù hÊp
thô quang ®iÖn hoµn toµn).

26. T¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ positronT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ positronT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ positronT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ positron
(Positron Emission Tomography – PET)(Positron Emission Tomography – PET)

27. Nguyªn lý t¹o ¶nh PET

28. Nguyªn lý t¹o ¶nh PET
Tiªm vµo c¬ thÓ ng−êi chÊt phãng x¹ ®¸nh dÊu mang mét
®ång vÞ ph¸t x¹ positron (nh−: 11C,13N, 15O, 18F).
H¹t nh©n phãng x¹ sau ®ã ph©n r· bëi sù ph¸t x¹ positron
→ mét proton biÕn ®æi thµnh mét ®iÖn tö d−¬ng (positron)
vµ mét n¬tron.vµ mét n¬tron.
Positron ph¸t x¹ kÕt hîp ngay víi mét ®iÖn tö (electron) t¹o
ra hai photon gamma theo hai h−íng ng−îc nhau, mçi
photon gamma mang n¨ng l−îng 511 KeV.
Hai photon gamma ®−îc ghi l¹i ®ång thêi bëi mét cÆp
detector.

29. T¹o ¶nh PET
Yªu cÇu:
Ph©n biÖt bøc x¹ gamma ph¸t theo hai h−íng ®èi diÖn
nhau (t¹o thµnh gãc 1800) víi c¸c photon gamma ban
®Çu kh«ng do ph¸t x¹ positron.
X¸c ®Þnh gãc mµ bøc x¹ di chuyÓn.X¸c ®Þnh gãc mµ bøc x¹ di chuyÓn.
ThiÕt lËp l¹i sù ph©n bè ®é phãng x¹.

30. ThiÕt bÞ t¹o ¶nh PET
D n quay camera positron
Nhãm detector
Detector ®iÖn tö Bé detector
8×8 detector th nh phÇn
4 èng nh©n quang
detector
4 detector mét bé
16 nhãm detector 64 bé
(a) Mét m¸y quÐt ph¸t x¹ positron c¬ b¶n víi m¶ng detector trßn,
m¶ng nµy gåm 16 nhãm, mçi nhãm gåm 4 detector, ®−îc chÕ
t¹o tõ NaI(Tl) hoÆc bitmut germanate (BGO).
(b) Mçi nhãm 4 l¹i ®−îc h×nh thµnh tõ 8×8 detector riªng biÖt.

31. C¸c h¹t nh©n ph¸t x¹ positron
Ph¹m vi ë trong m« (mm)
4
6
82Rb
N¨ng l−îng h¹t β+
0
2
0,2 0,20,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
13N
18F
11C
15O
Ph¹m vi c¸c h¹t positron ®i ®−îc ë trong m«. Nã sÏ lµm gi¶m ®é ph©n
gi¶i ¶nh v× c¸c positron ban ®Çu vµ c¸c bøc x¹ bÞ ph©n huû cuèi cïng lµ
kh«ng trïng nhau.

32. Cyclotron vµ m¸y ph¸t phãng x¹
H¹t nh©n T1/2 (phót) L−îng β+
(%)
N¨ng l−îng β+
(MeV)
Cyclotron
15O
13N
11C
2,04
9,96
20,4
99,9
99,8
99,8
0,735
0,491
0,38511C
18F
M¸y ph¸t
68Ga
82Rb
62Cu
52mMn
122I
20,4
109,80
68,1
76,4
9,74
21,1
3,62
99,8
96,9
89
95
97
97
77
0,385
0,242
0,740
1,409
1,280
1,130
1,087

33. C¸c hîp chÊt ph¸t x¹ positron
ChÊt ph¸t x¹
positron
Hîp chÊt ®−îc d¸n
nh·n
LiÒu (mSv)
11C 11CO 11CO2
11CN-
11CH3I
H11CHO
0,05-0,2
13N
15O
18F
H11CHO
13N-N2
13NH3
15O-O2
H2
15O
C15O 15O-
CO2
18F-F2 H18F
18F-
0,002-0,05
0,02-0,2
0,5

34. PET Detector

35. PET Detector

36. PET Detector
S¬ ®å khèi cña hÖ thèng PET (víi 2 detector)

37. C¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn ®é ph©n gi¶i
C¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn ®é ph©n gi¶i
C¸c nh©n tè H×nh d¹ng FWHM
BÒ réng detector tinh thÓ
d/2
0 (nèi ghÐp riªng)
2,2mm (anger logic)
Anger logic
Photon kh«ng th¼ng h ng
Ph¹m vi cña positron
ThuËt to¸n t¸i t¹o HÖ sè nh©n
1,3mm (®Çu)
2,1mm (tim)
0,5mm (18F)
4,5mm (82Rb)
1,25 (trong mÆt ph¼ng)
1,0 (trôc)

38. C¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i ¶nh
§é
ph©n
gi¶i
C¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i
N¨m
gi¶i
(mm)

39. §é nh¹y
§é nh¹y lµ phÐp ®o kh¶ n¨ng cña hÖ thèng ¶nh
thu nhËn c¸c tia tíi ®ång thêi vµ cã ®¬n vÞ tÝnh
b»ng tèc ®é ®Õm trªn mét ®¬n vÞ mËt ®é phãng x¹.
§é nh¹y:
Trong ®ã:
r: b¸n kÝnh vßng chôp.
A: Vïng cña vËt liÖu ®Çu dß ®−îc nh×n tõ mçi ®iÓm trªn
®èi t−îng (2Πr × ®é më trôc).
ε: hiÖu suÊt cña chÊt ph¸t s¸ng.
γ: hÖ sè suy gi¶m.

40. T¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬n
((((
T¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬nT¹o ¶nh b»ng ph¸t x¹ photon ®¬n
((((Single Photon Emission Computed
Tomography - SPECT)

41. Nguyªn lý t¹o ¶nh
VÞ trÝ 1
VÞ trÝ 2
C¸c c¬ quan
Detector cña Gamma camera quay quanh bÖnh nh©n cho
phÐp t¹o ra ¶nh ba chiÒu
VÞ trÝ 3
VÞ trÝ 4
C¸c c¬ quan
bªn trong
Gi−êng bÖnh

42. Nguyªn lý t¹o ¶nh
C¸c profile ®é ho¹t ®éng lÊy t¹i 4 vÞ trÝ ë h×nh trªn
VÞ trÝ

43. Nguyªn lý t¹o ¶nh
B¾t ®Çu/kÕt thóc cña 3600
§Çu camera
quay
Qòi ®¹o trßn
T©m
(a) HÖ thèng camera SPECT quay víi mét ®Çu t¹o ¶nh, cã thÓ quay ®−îc gãc
3600 hoÆc 1800.
(b) HÖ thèng SPECT phæ biÕn víi hai ®Çu chôp cho thay hai detector t¹o thµnh
mét h×nh ch÷ V ®Ó nghiªn cøu c¸c bÖnh vÒ tim.
T©m
quay
Qòi ®¹o
kh«ng trßn
KÕt thóc quay 1800

44. Yªu cÇu vÒ thiÕt bÞ
Thu nhËn d÷ liÖu: gåm 2 ph−¬ng ph¸p
Step-and-shoot (b−íc vµ nh¶y):
Camera quay tõng b−íc quanh bÖnh nh©n (mét phÇn chiÕu), dõng l¹i ®Ó
thu thËp d÷ liÖu råi chuyÓn ®Õn phÇn chiÕu tiÕp theo. D÷ liÖu bao gåm
64 hoÆc 128 ma trËn ¶nh riªng biÖt, t−¬ng øng víi 3600 (hoÆc 1800).
Quay liªn tôc:Quay liªn tôc:
Camera chuyÓn ®éng liªn tôc ®Ó nhËn d÷ liÖu ®Õm khi quay ®ñ 3600.
Gãc lÊy mÉu:
Gãc lÊy mÉu ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®é ph©n gi¶i cña hÖ thèng camera.
Gãc lÊy mÉu th−êng lµ 30 (t−¬ng øng víi 120 phÇn chiÕu) khi quay
®ñ 3600.

45. Yªu cÇu vÒ thiÕt bÞ
T©m quay
C¸c quü ®¹o kh«ng trßn:
Khi quay ®Çu ghi ¶nh (camera) theo quü ®¹o trßn,
kho¶ng c¸ch gi÷a bÒ mÆt camera vµ bÖnh nh©n thay ®æi
nhiÒu → kho¶ng c¸ch t¨ng th× ®é ph©n gi¶i gi¶m → ¶nhnhiÒu → kho¶ng c¸ch t¨ng th× ®é ph©n gi¶i gi¶m → ¶nh
kh«ng s¾c nÐt → quü ®¹o h×nh elip.
§Ó t¹o quü ®¹o h×nh elip: 2 c¸ch
quay ®Çu ghi ¶nh theo h×nh elip, gi−êng bÖnh gi÷ nguyªn.
quay ®Çu ghi ¶nh theo h×nh trßn, dÞch chuyÓn gi−êng bÖnh.

46. Thu nhËn d÷ liÖu
QuÜ ®¹o kh«ng trßn
§Çu
Vßng
Detector
Positron camera
§é ph©n gi¶i FWHM
SPECT camera
(a) ViÖc thu nhËn d÷ liÖu theo s¸t ®−êng bao c¬ thÓ bÖnh nh©n ®−îc
thùc hiÖn víi quÜ ®¹o trßn vµ kh«ng trßn.
(b) So s¸nh gi÷a ®é ph©n gi¶i theo chiÒu s©u cña SPECT vµ PET (c).
(c) PET scanner duy tr× ®−îc ®é ph©n gi¶i ®ång nhÊt theo chiÒu s©u.
QuÜ ®¹o trßn
T©m quay
Lç d n quay
§é ph©n gi¶i FWHM