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

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

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

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
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Hình 6: Máy PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các
ĐVPX có đời sống ngắn
III.2. Kết hợp PET-CT

− Bộ phân tích chiều cao xung ( PHA – Pulse height analyzer ).
Mỗi thành phần này sẽ thực hiện một chức năng riêng trong việc chuyển ảnh
gamma thành ảnh ánh sáng và truyền nó tới các thiết bị quan sát thích hợp hoặc tới
phim.
Hình 8: Cấu tạo của Gamma camera
− ống chuẩn trực ( collimator).
− ống nhân quang( photomultiplier tube).
− Mạch khuếch đại (amplifiers).
− Máy 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 này có cường độ rất thấp sẽ không thể được quan sát hay chụp ảnh
trực tiếp từ trạng thái này. Do đó sẽ phải khuếch đại các chùm ánh sáng này bằng việc
cho đi qua dãy ống nhân quang. Ống nhân quang nằm đằng sau tinh thể phát sáng
nhận ánh sáng này chuyển thành các xung điện và khuếch đại các xung điện này. Sau
đó các xung này sẽ được phân tích và được hiển thị qua bộ phân tích chiều cao
xung( PHA ). Nếu xung nằm trong phạm vi cửa sổ được lựa chọn, nó sẽ truyền qua bộ
phân tích chiều cao xung và được ghi lại trên bộ nhớ máy tính để cho các phân tích
quan sát và xử lý sau này.
IV.2. Nguyên lý hoạt động của SPECT
Trước khi được máy SPECT chụp, bạn được tiêm vào một chất hóa học mà nó có
thể bức xạ được nghĩa là phát ra tia gamma mà SPECT có thể phát hiện được.
Dựa vào nguyên lý của Gamma camera, tạo ảnh 3 chiều. Sử dụng các Gamma
Camera quay vòng xung quanh cơ thể, với mỗi lần dịch chuyển 3-6 độ và mất 15/20 s,
như vậy sẽ quay trong 15-20 phút để quay hết một vòng. Camera thu được hàng loạt
ảnh ở khoảng cách các góc bằng nhau khi nó chuyển động quay. Các detector thường
dừng ở mỗi phần chiếu này trong khi thu nhận dữ liệu bằng cách sử dụng phương thức
bước và nhảy (step and shoot mode). Có thể lựa chọn quay góc 180

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, kỹ thuật phẫu thuật bằng tia gamma bắt đầu được sử dụng tại
Thụy Điển. Sau đó, công ty Elekta AB của Thụy Điển đăng ký độc quyền thương hiệu
Gamma Knife, độc quyền kiểu dáng và phát triển thành một số model dựa trên thiết
kế ban đầu. Đặc điểm chung của thiết kế này là các nguồn phát tia gamma được giữ
yên (static).
Năm 1997, một thế hệ thiết bị mới ra đời, hệ thống này có những đặc điểm khác
với hệ thống của Elekta AB. Thay vì đứng yên, các nguồn phát tia gamma sẽ được
quay, do đó thế hệ thiết bị mới này còn được gọi là Hệ thống gamma xoay (Rotating
Gamma System).
V.2. Cấu tạo dao gamma cổ điển
Hệ thống sử dụng bức xạ gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ Cobalt 60 (Co-60).
Các chùm photon gamma rất mảnh nhưng có khả năng xuyên sâu qua hộp sọ, tổ chức
lành và hội tụ tại một điểm - tổ chức bệnh lý cần phá huỷ.
Dạng thiết bị này có ba bộ phận chính:
-Bộ phận phát chùm tia gamma có 201 nguồn Cobalt-60, tổng liều 6.000Ci. Các
nguồn cobalt được bố trí trên một vật thể có dạng hình cầu và tập trung vào một điểm.
Điều này giúp cho từng tia gamma riêng rẽ sẽ không gây nguy hại, nhưng tại điểm tập
trung, năng lượng tia gamma rất lớn sẽ giúp tiêu diệt khối u.
-Bộ phận định hướng (collimator helmet) gắn liền với bộ phận phát tia gamma.
Bộ phận này có dạng chụp hình cầu cố định, chứa các bao (dụng cụ) định hướng.
-Bộ phận định vị không gian 3 chiều nhằm "điều khiển" tia gamma đi đúng đến
nơi cần hội tụ (tức là nơi cần chữa bệnh).
Trang 15
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Hình 10: Hệ thống dao gamma
Nhờ kỹ thuật định vị không gian 3 chiều chính xác thiết bị này đem lại độ chính
xác cao, hiệu quả tốt và an toàn. Liều lượng phóng xạ và vị trí bệnh lý được xác định
trên bởi hệ thống lập kế hoạch điều trị mô phỏng 3 chiều. Đây là phương pháp này

Như vậy có thể dùng tia gamma để phá hủy các khối u nằm trong cơ thể mà
không cần phải mổ xẻ. Đây là phương pháp mổ không xâm lấn (non-invasive).
Trang 17
Hình 12: Nguyên lý hoạt động của dao
gamma.
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 hệ gamma quay so với dao gamma cổ điển
Nhờ bộ collimator quay mà hệ gamma quay không đòi hỏi phải chụp mũ và cố
định mũ định hướng như trong dao gamma Leksell cổ điển, mũ đó rất nặng nề và khó
chịu.
Đặc biệt khi cần thay đổi trường chiếu (shot) vẫn không cần lắp đặt lại mũ chùm
đầu.
Hệ thống lá chắn tại ống định hướng đạt hiệu quả giảm sự tán xạ rất cao, chỉ còn
khoảng 2% khi collimator đóng. Các nguồn xạ của hệ thống này lúc chuẩn bị và chưa
điều trị vẫn được giữ trong khung bảo vệ nên không gây liều chiếu có hại cho bệnh
nhân và nhân viên xung quanh.
Với hệ thống dao gamma quay này, suất liều tại các điểm đồng tâm có thể đạt
đến 3 Gy/phút với độ lệch vị trí chỉ < 0,1 mm. Do vậy nguồn xạ rút từ 201 xuống còn
30 nhưng tổng hoạt độ phóng xạ vẫn là 6000 Ci.
Số lượng nguồn xạ rút xuống cũng làm giảm chi phí nạp và thay nguồn.
Hệ thống này có máy định vị không gian cũng chính xác và nhỏ gọn hơn, độ tự
động hoá cao giúp cho việc điều trị dễ dàng và độ chính xác của điểm hội tụ chùm tia
rất cao.
Hệ thống gamma quay còn có thiết bị lập kế hoạch điều trị (treatment planning).
Nó được trang bị RGS Explorer 4D là phần mềm tương thích mới nhất. Nhờ hệ thống
này máy có khả năng tái tạo ảnh 3D chất lượng cao, tự động lập kế hoạch điều trị
nhanh và chính xác đến mức 0,1mm.
Nó sử dụng hợp nhất các loại hình ảnh ghi được của sọ não CT, MRI, PET hay

chùm tia lại theo hướng và vị trí mong muốn cần có một hệ thống từ trường kèm theo
người ta sử dụng bộ phận làm chụm và lái chùm tia. Có thể uốn và lái chùm tia đó theo
các hướng.
Trong xạ trị các máy thường kèm theo bộ lọc phẳng, ống định hướng
(collimator), giá đỡ lọc nêm, che chắn bằng chì để tạo hình dạng thích hợp của chùm
tia. Các collimator có thể chuyển động đối xứng song song hoặc độc lập. Máy hiện đại
có các collimator nhiều lá (Multi Leaf Collimator: MLC) với sự điều khiển tự động
của máy tính. Điều này 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 máy 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
vậy có thể coi máy gia tốc là một nguồn phóng xạ nhân tạo đặc biệt phát ra đủ các loại
tia có cường độ và năng lượng mong muốn.
VI.2. Cấu hình máy gia tốc hiện đại
Cấu hình đơn giản và thông thường nhất là súng electron và bia tia X thẳng hàng
trực tiếp với đường đồng tâm của máy gia tốc để tránh phải dùng hệ thống vận chuyển
chùm tia (hình 14). Chùm photon thẳng suốt từ đầu đến cuối được tạo ra. Các máy này
có mức năng lượng thấp từ 4-6 MeV.
Hình 14: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có súng phát electron, ống dẫn sóng và
bia tia X thẳng hàng.
Trang 20
Hình 13: Máy xạ trị gia tốc
tuyến tính.
Kỹ thuật vận hành một số thiết bị hạt nhân trong y học theo quy trình của an toàn bức xạ
Ống dẫn sóng với các mức năng lượng trung bình 8-15 MeV và cao 15-30MeV
sẽ rất dài nếu gần đường đồng tâm trực tiếp, bởi vậy chúng được đặt trong dàn quay
song song với trục quay (hình 15), hoặc trong khung giá đỡ giàn quay ( hình 16). Sau
đó một hệ thống vận chuyển chùm tia được sử dụng để dẫn chùm electron từ ống dẫn
sóng gia tốc tới bia.
Hình 15: Cấu hình máy gia tốc đồng tâm có ống dẫn sóng nằm trong dàn quay.

 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
Trang 23