Y Học Hạt Nhân 2005

chơng 2:
ghi đo phóng xạ trong y học hạt nhân

Mục tiêu:
1. Hiểu đợc nguyên lý cấu tạo và hoạt động một số loại đầu dò phóng xạ.
2. Vẽ và hiểu sơ đồ cấu tạo một hệ ghi đo phóng xạ trong y học hạt nhân, các bộ
phận chính và công dụng của chúng.
3.
Phân biệt đợc 4 loại máy ghi hình phóng xạ và nguyên lý hoạt động của
chúng: vạch thẳng, Gamma Camera, SPECT và PET.1. Nguyên lý và các thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa

Cơ sở của việc ghi đo bức xạ ion hoá là các phản ứng hoá học hoặc hiệu ứng
vật lí của sự tơng tác giữa bức xạ và vật chất hấp thụ. Về phơng diện vật lí, khi khảo
sát hệ ghi đo, ngời ta lu ý 3 yếu tố sau đây:
- Dạng của vật chất hấp thụ (đặc, lỏng, khí).
- Bản chất của các hiệu ứng vật lí: kích thích hay ion hoá.
- Cách thể hiện kết quả ghi đo, nếu là xung điện thì biên độ xung là cố định hay tỉ lệ
với năng lợng hấp thụ đợc.
Dới tác dụng của tia phóng xạ, các nguyên tử và phân tử của vật chất bị kích
thích và ion hoá, từ đó gây ra các hiệu ứng khác nhau. Mức độ các hiệu ứng đó xảy ra
tuỳ thuộc vào bản chất và năng lợng chùm tia. Vì vậy chúng ta có thể dựa vào các
hiệu ứng đó để ghi và đo bức xạ ion hoá.
1.1. Ghi đo phóng xạ dựa vào sự biến đổi hoá học và tạo quang ảnh trên phim
Đặc tính của một số hoá chất bị biến đổi khi chịu tác dụng của bức xạ ion hoá.
Hiện tợng đó ngày nay ít đợc áp dụng vì kém nhạy ngoại trừ việc áp dụng rộng ri
các phim ảnh để ghi đo phóng xạ. Tia phóng xạ gây các biến đổi ở tinh thể muối

nhỏ để đa vào bên trong cơ thể.
1.3. Ghi đo dựa vào sự ion hoá các chất khí
Đây là kĩ thuật ghi đo quan trọng nhất. Có các loại thiết bị sau đây:
- Buồng ion hoá dùng để đo liều cá nhân, chuẩn liều (Calibrator) và báo hiệu phóng xạ
(Laboratory Monitor).
- ống đếm tỉ lệ.
- ống đếm Geiger - Muller (G.M).
Sau đây là một vài dung cụ ghi đo phóng xạ thờng dùng:
1.3.1. Buồng ion hoá:
Các buồng ion hoá đều có cấu tạo nh trong hình 2.1b. Điện thế đợc cung cấp
bằng pin, acquy hoặc điện lới. Trong bình chứa không khí khô ở áp suất bình thờng.
Buồng ion hoá thờng đợc dùng để đo liều lợng bằng các tĩnh điện kế có bảng thể
hiện kết quả là R/h hoặc mR/s. Mỗi loại buồng ion hoá có thể đo đợc một phạm vi
liều lợng khác nhau và đợc chế tạo với nhiều dạng khác nhau: loại lớn đặt ở phòng
thí nghiệm, loại xách tay đi d ngoại, loại bút cài để đo liều cá nhân v.v...
Một dụng cụ đo quan trọng thuộc loại này là buồng chuẩn liều (Dose Calibrator).
Đó là một buồng ion hoá có điện kế chính xác và một bộ phận chứa đựng các ống
nghiệm cần xác định liều lợng phóng xạ.
1.3.2. ống đếm tỉ lệ:
Cấu tạo của ống đếm tỉ lệ nh hình 2.2. Có rất nhiều loại ống đếm tỉ lệ và thờng
đợc dùng để đo các tia alpha và beta. Độ lớn của xung tỉ lệ với năng lợng và mật độ
bức xạ tới. Loại đơn giản nhất gồm một vỏ bằng thuỷ tinh, ở giữa có một sợi dây bằng
vonfram làm cực dơng, một lớp kim loại tráng mặt trong ống làm cực âm. Sau khi rút
hết không khí bên trong ống, ngời ta nạp khí metan (CH
4
) với áp suất khoảng
10 mmHg. ống đếm tỉ lệ để đo nơtron chậm thờng nạp khí BF
3
. Khi nơtron va chạm
với nguyên tử Bor sẽ gây ra phản ứng sau:

Các khí Halogen nh Brom, Clo v.v... đợc bơm vào trong ống thay cho khí hữu cơ
ở loại trên. Loại ống đếm Halogen để đo tia beta và gamma.
b) ống đếm Halogen: Cực dơng của ống đếm G.M loại Halogen ở giữa cũng là sợi
dây Vonfram. Cực âm là một ống thép không gỉ cuộn bên trong hoặc dùng kĩ thuật
phun muối SnCl
2
vào mặt trong ống. Các khí hữu cơ hoặc Halogen có tác dụng hấp
thụ bớt năng lợng đợc sản sinh ra trong quá trình ion hoá để dập tắt nó, tạo ra các
xung điện ngắn.
Một yếu tố quan trọng của ống đếm G.M là thời gian chết. Thời gian giữa 2 lần
ống đếm có thể ghi nhận đợc gọi là thời gian chết của ống đếm. Nó có ý nghĩa là lúc
này nếu có một tia khác lọt vào ống đếm thì sẽ không ghi nhận đợc. Độ dài của nó
khoảng 100 ữ 300 às đối với ống đếm G.M.
Một đặc trng nữa của ống đếm G.M là hiệu suất đếm. Đó là xác suất để một bức xạ
lọt và ống có thể đợc ghi nhận. Hiệu suất đối với tia beta là 100% nhng với tia
gamma chỉ khoảng 1%. Sở dĩ thế vì sự ion hoá trực tiếp các phân tử khí của tia gamma
rất nhỏ.
1.4. Ghi đo phóng xạ dựa vào đặc tính phát quang của tinh thể và dung dịch
Khi hấp thụ năng lợng từ chùm tia phóng xạ, một số tinh thể có khả năng phát
quang. Mật độ và năng lợng bức xạ phát ra phụ thuộc vào năng lợng hấp thụ đợc.
Do vậy có thể đo đợc năng lợng chùm tia đ truyền cho tinh thể bằng cách đo năng
lợng chùm tia thứ phát từ tinh thể đó.
Hiện nay tinh thể có đặc tính phát quang thờng dùng là:
- Tinh thể muối ZnS phát quang dới tác dụng của tia X, tia gamma.
- Tinh thể Antraxen phát quang khi hấp thụ năng lợng từ chùm tia beta.
- Dung dịch hỗn hợp PPO (2,5 diphenil oxazol) và POPOP (2,5 phenyloxazol- benzen)
hoà tan trong dung môi toluen hay dioxan, phát quang khi hấp thụ năng lợng yếu của
các tia beta phát ra từ
3
H và


Đầu dò nhấp nháy không những ghi đo đợc cờng độ bức xạ mà còn cho phép ghi đo
đợc phổ năng lợng của chất phóng xạ. Muốn đo phổ năng lợng cần có thêm máy phân
tích biên độ. Đầu dò nhấp nháy dùng tinh thể vô cơ NaI (Tl) ngày nay đợc dùng rất phổ biến
và đạt đợc hiệu suất đo 20% ữ 30% đối với tia gamma và 100% với các hạt vi mô. Thời gian
chết của chúng cũng rất ngắn (khoảng vài às). Kĩ thuật ghi đo bằng tinh thể phát quang có
hiệu suất lớn, nên ngày càng đợc sử dụng rất rộng ri. Với các kĩ thuật hiện đại, ngời ta có
thể tạo đợc các tinh thể nhấp nháy có kích thớc lớn và những hình dạng thích hợp. Từ đó
có thể tạo ra các máy móc ghi đo hiện đại sử dụng cho các mục đích khoa học khác nhau.
Trong y sinh học có các máy đo bức xạ phát ra từ trong cơ thể, từ toàn thân, từ các phủ tạng
sâu kể cả ghi hình hoặc từ các mẫu bệnh phẩm.Trong y học có các loại máy ghi đo nh sau:
- Máy ghi đo đối với tia beta, gamma các mẫu bệnh phẩm trong các xét nghiệm in
vitro. Có thể đo riêng lẻ, chuyển mẫu bằng tay hoặc chuyển mẫu tự động, hàng loạt.
- Hệ ghi đo tĩnh hay động học hoạt độ phóng xạ trong phép đo in vivo để thăm dò chức
năng.
- Hệ ghi đo chuyên dụng đối với tia gamma trong lâm sàng và nghiên cứu.
- Máy xạ hình vạch thẳng (Scintigraphe).
- Gamma Camera để ghi đo sự phân bố tĩnh hoặc biến đổi động hoạt độ phóng xạ tại
một mô tạng cụ thể.
- Gamma Camera toàn thân, chuyên biệt.
- Máy chụp cắt lớp bằng đơn quang tử (Single Photon Emision Computered

Năm 1951, lần đầu tiên B. Cassen đ chế tạo ra máy ghi hình cơ học (Rectilinear
Scintigraphe). Trong YHHN thờng dùng các loại máy quét thẳng theo chiều từ trên
xuống, trái sang phải và ngợc lại. Ngời ta đ dùng các cách thể hiện trên giấy, trên
phim sự phân bố phóng xạ bằng mật độ nét gạch, con số, màu sắc hoặc độ sáng tối
khác nhau. Loại này có khả năng phân giải tốt đối với việc ghi hình những cơ quan
nhỏ nhng bị hạn chế khi dùng cho các cơ quan lớn. Tuyến giáp đ đợc ghi hình đầu
tiên bằng máy này. Nowell đ thiết kế một loại máy có đầu dò với tinh thể nhấp nháy
làm bằng NaI(Tl) có kích thớc lớn từ 3,5 ữ 8 inches và chiều dày 1 inch (hình 2.4).
Độ phân giải tại tiêu điểm là tốt nhất. Những điểm trên và dới tiêu điểm có khả năng
phân giải kém hơn, hình bị mờ. Hình ảnh thu đợc so với cơ quan cần ghi có thể theo
tỷ lệ 1:1 hay nhỏ hơn theo vị trí của đầu dò. Scanner vạch thẳng bị hạn chế bởi thời
gian ghi hình phải kéo dài. Đây là loại máy ghi hình đơn giản trong YHHN.
2.2. Ghi hình nhấp nháy bằng Gamma Camera (Scintillation Gamma Camera)
Ghi hình theo phơng pháp quét thẳng thì phân bố hoạt độ phóng xạ đợc ghi lại
theo thứ tự từng phần. Ngợc lại, ghi hình bằng phơng pháp Gamma Camera thì mật

Hình 2.4: Máy xạ hình vạch thẳng (Rectilinear Scanner) với Collimator hội tụ và bộ
bút ghi theo tín hiệu xung điện tỷ lệ với hoạt độ phóng xạ trên cơ quan cần ghi, kích
thớc hình theo tỷ lệ 1:1.