Thiết bị ghi đo trong y học hạt nhân

1. Bộ phận phát hiện (đầu dò – detector)

Như chúng ta đã biết, các bức xạ hạt nhân là những đại lượng không có đặc trưng vật chất cụ thể (không màu, không mùi, không vị). Để ghi đo nó phải dựa trên nguyên tắc cơ bản là tương tác của bức xạ hạt nhân với vật chất. Tuỳ từng trường hợp cụ thể của mục đích phép đo mà người ta ứng dụng phương pháp khác nhau và xây dựng các thiết bị chuyên dụng khác nhau.

Trong các thiết bị ghi đo, bộ phận phát hiện là khối đặc trưng chủ yếu nhất, còn các khối khác (khuếch đại, ghi giữ và xử lý tín hiệu) cũng giống như  một số thiết bị ghi đo các đại lượng vật lý khác được ứng dụng trong y sinh học. Bộ phận phát hiện dựa trên sự ion hoá các chất khí gồm  buồng ion hoá, ống đếm tỉ lệ, ống đếm Geiger-Muller có cơ chế chung giống nhau, còn ống đếm nhấp nháy lại dựa trên nguyên lý hoàn toàn khác. Loại ống đếm chứa khí dùng chủ yếu cho các thiết bị không ghi hình, còn đầu dò có ống đếm nhấp nháy dùng cho các thiết bị ghi hình là chính.

1.1. Các loại ống đếm bức xạ

– Đầu dò (ống đếm) chứa khí

Nguyên lý cấu tạo rất đơn giản: đầu dò là một ống chứa khí, có hai điện cực: điện cực dương (anode) và điện cực âm (cathode) chênh nhau một điện thế  khá lớn. Thường bố trí điện cực dương ở giữa và thành ống là điện cực âm. Khi bức xạ ion hoá đi vào, gặp phân tử khí trong ống sẽ ion hoá phân tử đó, điện tử tách ra sẽ đi về cực dương và ion dương sẽ đi về cực âm. Sự dịch chuyển các ion âm, dương đó tạo nên một tín hiệu điện trong đầu dò. Các chất khí thường dùng là helium, neon, argon,  hydrogen và không khí.

Đầu dò chứa khí gồm 3 loại chính: buồng ion hoá, ống đếm tỷ lệ và ống đếm Geiger-Mueller. Buồng ion hoá thường dùng để đo với lượng phóng xạ lớn, ống đếm  Geiger-Mueller dùng để đo khi lượng phóng xạ nhỏ.

+ Buồng ion hoá: là một buồng chứa khí trong đó đặt 2 điện cực bằng kim loại (A và B). Khi có tác dụng của tia phóng xạ, trong buồng xuất hiện các ion dương và các điện tử tự do. Quá trình xảy ra phụ thuộc vào điện áp U_AB đặt vào 2 điện cực (hình 2.1).

Khi U_AB tăng dần từ 0-U₁, các điện tích chuyển về điện cực trái dấu tạo thành dòng điện (gọi là dòng ion hoá), U_AB càng lớn thì hiện tượng tái hợp giữa các điện tích trái dấu càng giảm, số điện tích đến hai điện cực càng tăng, nghĩa là dòng ion hoá càng tăng. Tới U₁, tất cả các ion tạo thành do phóng xạ đều được chuyển về điện cực. Trong khoảng U₁– U₂ dòng ion hoá có giá trị rất nhỏ (cỡ 10^-12A) nên tín hiệu ra phải được khuếch đại bằng thiết bị điện tử. Buồng ion hoá được dùng để đo phóng xạ dạng khí (³H, ¹⁴CO₂, ⁸⁵Kr, ²²²Rn) và đo liều lượng bức xạ tia gamma.

+ Ống đếm tỷ lệ: khi điện thế tăng lên tới U_AB > U₂, các điện tử bị thu hút về dương cực khá mạnh, càng gần cực dương các điện tử càng bị tăng tốc và bản thân điện tử đó có đủ năng lượng để gây ion hoá thứ cấp các phân tử khí trên dọc đường đi. Như vậy từ một điện tử ban đầu sẽ thành nhiều điện tử khi đến anode, nhưng sự gia tăng đó vẫn tỷ lệ thuận với số cặp ion ban đầu, vì vậy loại đầu dò này được gọi là các ống đếm tỷ lệ (proportional counter). Nếu nối 1 điện cực của buồng ion hoá với một điện trở R, khi có bức xạ tác dụng vào buồng sẽ xuất hiện độ sụt thế U = IR và có xung tín hiệu độ lớn U. Trong khoảng U₂-U₃ của U_AB, độ lớn xung U tăng tỉ lệ với U_AB.  Độ lớn của xung điện ra phụ thuộc vào năng lượng và mật độ chùm tia ban đầu khi tương tác với phân tử khí. Do vậy ống đếm tỷ lệ có thể vừa dùng để đo năng lượng bức xạ vừa để đo cường độ bức xạ. Hiệu suất đếm của ống đếm tỷ lệ cao, thời gian chết nhỏ (khoảng thời gian giữa 2 tia bức xạ lọt vào ống đếm mà nó có thể ghi nhận được).

+ Ống đếm Geiger-Muller: khi điện thế lên tới 1000-1500V(U₃-U₄) những điện tử phát sinh do ion hoá ban đầu sẽ đạt động năng cực mạnh và sẽ tạo thành một dòng thác các điện tử, điện thế đã đạt đến điểm bão hoà. Vùng hoạt động này gọi là vùng Geiger-Mueller. U không còn phụ thuộc vào năng lượng ban đầu của chùm tia bức xạ. Bởi vậy ống đếm tỷ lệ có thể đo được cả hoạt tính lẫn năng lượng tia bức xạ, còn ống đếm Geiger-Mueller chỉ đo được hoạt tính phóng xạ. Thời gian chết của ống đếm Geiger-Mueller khoảng 150 – 200 ms. Hiệu suất đếm đối với tia beta là 100%, nhưng với tia gamma chỉ khoảng 1%. Sở dĩ như thế vì sự ion hoá trực tiếp các phân tử khí của tia gamma rất nhỏ.

– Ống đếm nhấp nháy

Loại ống đếm nhấp nháy làm việc theo nguyên tắc hoàn toàn khác. Dưới tác dụng của phóng xạ một số chất có thể phát photon (kích thích). Số photon phát ra tỷ lệ với hoạt tính và năng lượng của nguồn phóng xạ. Những chất có khả năng phát photon như vậy gọi là chất nhấp nháy. Các chất nhấp nháy phổ biến như natri iodua (hoặc KI, CsI) có trộn lẫn một lượng nhỏ thalium: NaI (Tl), KI(Tl), CsI(Tl)…Khi đo bức xạ beta thường dùng chất nhấp nháy hữu cơ như antraxennaptalen… Ngoài ra còn dùng chất nhấp nháy dẻo, chất nhấp nháy lỏng và chất nhấp nháy khí.

Bức xạ đi vào tinh thể nhấp nháy tạo ra các photon, các photon đập vào catod K làm bật các điện tử. Cứ 3-5 photon ánh sáng vào đến photocathode thì có 1 điện tử bật ra do hiệu ứng quang điện. Những quang điện tử được tăng tốc tới dynode đầu tiên. Mỗi điện tử lại giải phóng ra 3-4 điện tử nữa. Dynode thứ 2 có dynode thứ nhất thu hút các điện tử và mỗi điện tử lại giải phóng ra 3-4 điện tử nữa. Quá trình này tái diễn độ 10-14 lần trong ống nhân quang và tỷ số giữa số điện tử  cuối cùng thu trên A và số điện tử đầu tiên thoát khỏi K là hệ số khuếch đại của ống nhân quang đạt 10⁵ – 10⁸. Tín hiệu ra của ống nhân quang được chuyển đến bộ khuếch đại rồi vào thiết bị đếm như máy đếm thông thường.

– Các loại ống đếm khác

Ống đếm bán dẫn dùng trong các thiết bị ghi phổ hạt nhân, ít dùng trong y tế. Ống đếm nhiệt phát quang, dùng trong các dụng cụ đo liều kế cá nhân. Phim X quang dùng trong các thiết bị đo liều cá nhân. Các ống đếm nhiệt phát quang và phim X quang được dùng cho các nhân viên bức xạ. Khi nhân viên bức xạ tiếp xúc với nguồn bức xạ, bị chiếu bởi nguồn bức xạ đó. Liều chiếu đối với nhân viên là bao nhiêu tùy thuộc vào nguồn bức xạ và thời gian tiếp xúc. Sau thời gian làm việc (thường 2 tháng).

Mặc dù cấu tạo và nguyên lý hoạt động có khác nhau nhưng các ống đếm đều có chức năng chung của detector: ở đầu vào thu nhận bức xạ và cho một tín hiệu ở đầu ra. Tín hiệu này qua bộ khuếch đại tới khối ghi hay bộ chỉ thị. Với các máy đo xạ khối ghi thường cho kết quả là xung/phút. Chất lượng của ống đếm được thể hiện qua các thông số như điện thế làm việc, thời gian chết của ống đếm, hiệu suất của ống đếm.

2.1.2. Các khối của thiết bị ghi đo

Cấu hình chung của một thiết bị y học hạt nhân gồm các khối:

– Nguồn phóng xạ

Đây là đối tượng đo, có thể là nguồn xạ, một vật phẩm đánh dấu phóng xạ, hoặc trong chẩn đoán hình ảnh thì phóng xạ được đưa vào người bệnh, cơ thể người bệnh là nguồn phát xạ.

– Đầu dò

Như trên đã trình bày, đầu dò là bộ cảm biến, biến sự xuất hiện của bức xạ trong thể tích đầu dò thành tín hiệu điện, tùy theo loại bức xạ, yêu cầu ghi đo mà sử dụng loại đầu dò, cấu hình đo (che chắn, chuẩn trực) thích hợp. Nếu để đo các bức xạ beta yếu phải sử dụng đầu đếm nhấp nháy lỏng. Để đo tia beta có năng lượng lớn hơn hoặc tia gamma có thể dùng ống đếm Geiger- Muller làm đầu đếm. Đầu đếm này thường thấy ở các thiết bị cảnh báo hoặc rà ô nhiễm phóng xạ. Các ống đếm tỷ lệ, buồng ion hoá cũng thường được dùng như một đầu dò trong máy đo liều. Hiện nay trong các thiết bị chẩn đoán đều dùng đầu đếm bằng tinh thể phát quang rắn NaI (Tl). Tinh thể có thể có đường kính nhỏ như trong máy ghi đo độ tập trung iôt ở tuyến giáp, có hình giếng trong các liều kế hoặc máy đếm xung riêng rẽ hay trong máy đếm mẫu tự động của xét nghiệm RIA và IRMA. Đầu đếm cũng có thể là một tinh thể nhấp nháy lớn có đường kính hàng chục cm hoặc được ghép nối lại để có đường kính 40-60cm trong các máy ghi hình cắt lớp phóng xạ SPECT và PET.  Đầu dò khi đó còn gọi là khối phát hiện (Detector). Detector là thiết bị đặc biệt quan trọng, nó quyết định chất lượng hình ảnh. Chức năng chính của Detector là thu nhận bức xạ phát ra từ người bệnh, chuyển chúng thành tín hiệu điện (tín hiệu vị trí và năng lượng).

Detector có cấu tạo gồm các phần tử cơ bản sau:

+ Ống chuẩn trực: dùng để định hướng các bức xạ trong các phép đo khác nhau, có tác dụng tạo ra sự tương quan chính xác giữa vị trí phát tia gamma và vị trí của tia gamma đó tương tác với tinh thể khối phát hiện, hạn chế các bức xạ không cần thiết của những tổ chức nằm ngoài vùng cần nghiên cứu, các bức xạ phông. Có nhiều loại ống chuẩn trực khác nhau về năng lượng (năng lượng thấp, trung bình, cao), về hình dáng (một lỗ, nhiều lỗ song song, hình chóp nón…), về khả năng phân giải (thấp, trung bình và cao).

Tùy từng phép đo cụ thể mà áp dụng loại ống chuẩn trực thích hợp. Thường sử dụng nhiều nhất là loại ống chuẩn trực có lỗ nhỏ song song (parallel hole) thẳng với mặt trước của tinh thể nhấp nháy, dùng để tạo hình ảnh như vật thật trên bề mặt tinh thể. Độ phân giải của ống chuẩn trực song song rất cao.

Ống chuẩn trực hội tụ (converging phóng to ảnh trong vùng quan tâm. Độ nhạy của ống chuẩn trực hội tụ tăng khi di chuyển nguồn từ mặt phẳng ống chuẩn trực tới mặt phẳng hội tụ và sau đó giảm khi di chuyển đối tượng ra xạ mặt phẳng hội tụ.

Ống chuẩn trực phân kỳ (diverging) về bản chất là trái ngược với ống chuẩn trực hội tụ. Chúng có một mảng hình nón các lỗ phân kỳ từ một điểm hội tụ ảo sau mặt phẳng của tinh thể. Ảnh của vật thật là nhỏ hơn nhưng ở đây lại thu được một trường quan sát lớn.

Ống chuẩn trực lỗ nhỏ (pinhole) có duy nhất 1 lỗ 2-5mm ở chính giữa. Mục đích cũng giống như ống chuẩn trực hội tụ, nó phóng to ảnh của vật thật trong trường quan sát.

+ Ống nhân quang (Photomultiplier Tubes – PMT): có chức năng khuếch đại tín hiệu ánh sáng và chuyển chúng thành tín hiệu điện.

– Khối khuếch đại

Tín hiệu từ anod ống đếm là rất nhỏ, dạng tín hiệu chưa phù hợp với các sơ đồ điện tử phía sau, trở kháng lối ra của các ống đếm lớn vì vậy cần phải được hiệu chỉnh. Do đó trước khi khuếch đại, cần có khối tiền khuếch đại làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa lối ra của ống đếm và lối vào của sơ đồ điện tử phía sau, rút ngắn dạng xung cho phù hợp. Bộ khuếch đại chính làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu từ lối ra của bộ tiền khuếch đại để đưa vào các sơ đồ xử lý và phân tích phía sau. Ngoài ra, để nâng cao chất lượng xử lý biên độ, thời gian, giảm tạp âm thì tín hiệu cần được tạo dạng.

– Bộ phân tích biên độ xung

Dùng để chọn những xung có biên độ nằm trong giới hạn cần thiết, loại bỏ các xung khác. Bộ phân tích biên độ được dùng phổ biến trong các thiết bị hạt nhân nói chung và y học hạt nhân nói riêng. Tùy yêu cầu có thể chọn những xung có biên độ nhất định, không quá lớn và không quá bé, vì vậy có thể xác định ngưỡng trên hoặc ngưỡng dưới của biên độ xung. Trong các máy đếm xung thông thường chỉ sử dụng ngưỡng dưới, lựa chọn tùy theo phổ năng lượng của từng đồng vị phóng xạ.

– Bộ đếm xung

Dùng để đếm xung từ lối ra của bộ phân tích biên độ. Có thể đếm số xung trong khoảng thời gian định trước, chỉ thị ra kết quả bằng đèn hiện số, thông qua bộ đếm/thời gian. Bộ đếm/thời gian được dùng trong máy đo một kênh, các máy phân tích phổ, các máy đo độ tập trung.

– Nguồn nuôi cao áp

Tất cả các ống đếm bức xạ đều có nguồn cao áp tạo ra từ trường để gia tốc các cặp ion và điện tử đi đến các điện cực. Bộ cao áp là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xoay chiều có điện áp cao, điện áp cao sau đó được chỉnh lưu, được điều khiển ngược trở lại để hiệu chỉnh những thay đổi đột ngột, bảo đảm điện áp lối ra luôn ổn định  theo thời gian.

Các ống đếm chứa khí yêu cầu điện áp cỡ hàng trăm von. Các ống đếm nhấp nháy yêu cầu điện áp cỡ hàng ngàn von. Điện áp lối ra yêu cầu hết sức ổn định, có độ thăng giáng theo thời gian, nhiệt độ…không quá 1/1000. Đây là yêu cầu rất ngặt nghèo.

2. Các loại máy đo trong y học hạt nhân

2.1. Máy đếm phóng xạ

Máy đếm phóng xạ dùng để ghi số bức xạ phát ra từ cơ quan, tổ chức hay từ mẫu đo theo thời gian. Đơn vị đo thời gian có thể là phút, giây, hoặc phép đo có thể kéo dài hàng giờ.

Về cấu tạo máy đếm phóng xạ gồm:

+ Ống đếm bức xạ, chủ yếu dùng trong YHHN là đầu dò nhấp nháy.

+ Bộ khuếch đại tín hiệu.

+ Bộ phân tích tín hiệu: để chọn tín hiệu theo yêu cầu.

+ Bộ đếm: dùng để ghi số đếm trong khoảng thời gian nào đó. Tùy thuộc khoảng thời gian được đặt là bao nhiêu mà phép đếm tự động dừng lại.

+ Bộ chỉ thị kết quả: chỉ thị số đếm đã ghi được trong khoảng thời gian đã đặt hay thời gian mà phép đếm thực hiện.

Khi làm việc với máy đếm cần chú ý:

+ Ống đếm phải có che chắn để giảm phông.

+ Định hướng ống đếm vào cơ quan cần đo thích hợp.

+ Chọn hệ số khuếch đại thích hợp cho loại bức xạ cần đo.

+ Đặt ngưỡng đúng với loại bức xạ cần đo và độ khuếch đại đã chọn.

+ Đặt thời gian đo thích hợp cho từng phép đo để đảm bảo độ chính xác thống kê theo yêu cầu.

Ngày nay do kỹ thuật tin học phát triển, người ta đã ghép nối các thiết bị trên với máy tính để tận dụng khả năng tính toán của máy tính chẳng hạn như máy đo độ tập trung của chất phóng xạ ở tuyến giáp, máy đo miễn dịch phóng xạ. Tuy nhiên chúng vẫn gồm các bộ phận trên trong thiết bị.

Máy đếm phóng xạ được sử dụng như một thiết bị đo độ tập trung, theo dõi khả năng hấp thu, đào thải, lưu giữ các hợp chất trong các cơ quan của cơ thể  giúp chẩn đoán về tình trạng chức năng các cơ quan. Có thể sử dụng hệ đếm một hoặc nhiều đầu, chẳng hạn như máy đo độ tập trung chất phóng xạ ở tuyến giáp có cấu trúc như máy đo xạ đơn, còn máy thận ký có 2 kênh độc lập, trường nhìn mỗi đầu dò chỉ 10 độ vì hai quả thận nằm cách nhau chỉ vài ba centimet.

2.2. Máy xạ ký

Máy xạ ký là loại máy dùng để theo dõi liên tục sự thay đổi cường độ phóng xạ của một cơ quan nào đó theo thời gian. Thông qua các chỉ tiêu như thời gian hoạt độ phóng xạ đạt cực đại, thời gian bán thải… để đánh giá chức năng.

Máy xạ ký bao gồm các bộ phận sau đây:

+ Ống đếm bức xạ, thường là loại tinh thể, có thể 2,3 kênh tùy mục đích của phép đo.

+ Các bộ khuếch đại.

+ Các bộ phân tích xung để chọn loại theo yêu cầu.

+ Các bộ đo tần số xung theo yêu cầu.

+ Các bộ đo tần số xung theo thời gian.

+ Các bộ tự ghi làm nhiệm vụ ghi sự thay đổi hoạt độ phóng xạ của cơ quan lên băng giấy.

Những điểm cần chú ý khi làm việc với máy xạ ký:

+ Đặt đầu dò đúng vị trí cơ quan cần đo.

+ Chọn bộ khuếch đại thích hợp.

+ Chọn cửa sổ phân tích đúng loại phóng xạ và phù hợp với độ khuếch đại.

+ Chọn đơn vị thời gian để theo dõi. Ví dụ: để ghi xạ ký tim người ta để hằng số thời gian là giây và cả chu trình tim chỉ kéo dài từ 0-15 giây. Xạ ký thận người  phải để hằng số thời gian là phút, cả chu trình nghiên cứu kéo dài 10-20 phút.

+ Để hằng số thời gian thích hợp của bộ tự ghi, chọn độ lớn của thang ghi cho phù hợp.

2.3. Máy xạ hình

Máy xạ hình dùng để ghi sự phân bố dược chất phóng xạ của cơ quan nào đó theo không gian. Tùy theo sự phát triển của kỹ thuật mà hiện nay có các loại máy xạ hình sau đây:

– Xạ hình vạch thẳng

Xạ hình vạch thẳng dùng để ghi sự phân bố theo không gian cường độ phóng xạ, chẳng hạn hình ảnh tuyến giáp, gan thận.

Các khối chính của máy xạ hình vạch thẳng bao gồm:

+ Ống đếm phóng xạ có bao định hướng, giúp cho ống đếm dù có kích thước thế nào cũng chỉ ghi cường độ phóng xạ tại một điểm có kích thước nhỏ tùy theo độ phân giải của ống chuẩn trực.

+ Các bộ khuếch đại tín hiệu.

+ Bộ phân tích biên độ tín hiệu để chọn bức xạ theo yêu cầu.

+ Bộ điều khiển ghi, chuyển động đồng bộ với ống đếm. Vị trí nào có phóng xạ lớn thì ghi nhiều vạch, vị trí nào có phóng xạ thấp thì ghi ít vạch. Để tạo ra hình ảnh 2 chiều ống đếm phải chuyển động trên bề mặt cơ quan theo những đường dích dắc. Đối với những thế hệ máy mới, người ta đưa vào các màu biểu hiện cho cường độ phóng xạ, thường là 6 hoặc 9 màu.

Xạ hình vạch thẳng cho kết quả sự phân bố phóng xạ theo không gian 2 chiều trên giấy. Kết quả không lưu được và máy tính không xử lý định lượng. Xạ hình vạch thẳng làm việc chậm, để quét một cơ quan lớn như gan có thể mất hàng giờ.

– Gamma camera

Gamma camera cho phép ghi hình ảnh 2 chiều sự phân bố đồng vị phóng xạ trong cơ quan cần nghiên cứu.

Về phần cứng, Gamma camera gồm có:

+ Một đầu dò phóng xạ có kích thước lớn, thường có đường kính 30-40cm. Độ dày của tinh thể thích hợp để đo với phóng xạ có năng lượng thấp như ^99mTc. Trong đầu dò này ngoài việc cung cấp tín hiệu về năng lượng của bức xạ, còn cho ta biết toạ độ của bức xạ đó trong không gian 2 chiều. Hệ thống ống chuẩn trực tùy thuộc mục đích của phương pháp chẩn đoán.

+ Bộ khuếch đại tín hiệu; bộ phận tính; máy tính điện tử.

+ Hệ thống cơ học để điều khiển chuyển động của đầu đo.

Những tín hiệu từ đầu đo sau khi được khuếch đại, chọn lọc được đưa vào máy tính. Máy tính điều khiển việc lưu giữ thông tin, hiện hình ảnh 2 chiều và xử lý kết quả.

Về phần mềm: Gamma camera được gắn với máy tính, có phần mềm chuyên dụng để thu nhận, xử lý kết quả.

+ Thu nhận dữ liệu: các tín hiệu thu nhận được từ đầu dò được đưa vào hệ thống thu nhận dữ liệu để mã hoá và truyền vào máy tính. Khi chuyển động quét của đầu dò kết thúc, trong bộ nhớ máy tính đã ghi nhận được các số đo hoạt độ phóng xạ của các điểm, là cơ sở để tái rạo hình bẳng bằng phần mềm thích hợp. Tái tạo ảnh được dựa vào các thuật toán về ma trận. Hiểu đơn giản ra, ma trận là một tập hợp số được phân bổ trên một cấu trúc gồm các dãy và cột. Mỗi ô như vậy là một đơn vị của ma trận và được gọi là đơn vị thể tích cơ bản (volume element) hay là Voxel. Từ mỗi Voxel được tạo ra một đơn vị ảnh cơ bản (picture element) gọi là Pixel. Tổng các đơn vị ảnh cơ bản hình thành quang ảnh (photo image). Ma trận thu nhận ảnh có có đơn vị thể tích cơ bản càng lớn thì kích thước các lớp cắt càng mỏng, ảnh thu được càng chi tiết. Ma trận thu nhận hình ảnh có thể là 32×32, 64×64, 128×128, 256×256, 512×512 pixels, ma trận có kích thước càng lớn thì độ phân giải càng tốt. Song số hình ảnh thu nhận được vào bộ nhớ của máy tính sẽ bị hạn chế, nhất là trong các trường hợp muốn theo dõi quá trình động học của cơ quan nào đó. Số đếm có thể thu nhận được trên một hình ảnh, số đếm càng lớn, chất lượng hình ảnh càng đẹp.

+ Xử lý kết quả: hình ảnh sau khi thu nhận sẽ được tự động lưu vào đĩa cứng. Sau đó có thể đem hình ảnh ra để xử lý. Các thao tác trong xử lý có thể là:

. Vẽ vùng quan tâm (region of interesting ROI).

. Tính tổng hoạt độ phóng xạ trong vùng quan tâm, toàn bộ hình ảnh.

. Tạo các đường từ vùng quan tâm.

. Xử lý các phép toán học từ hình ảnh.

+ Hiện kết quả: kết quả sau khi xử lý được hiện lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Có thể hiện hình ảnh động, hình ảnh cố định các đường tạo ra từ các vùng ROI, các tham số và kết quả từ các phép toán trên hình ảnh.

Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà người ta có thể chỉ thị và tạo ra hình ảnh đẹp, kết quả tổng hợp của phương pháp chẩn đoán.

Với những máy gamma camera đầu tiên người ta cho chụp ảnh lấy ngay để đưa ra kết quả. Hiện nay người ta dùng các thiết bị như in phim, in màu ra giấy hoặc hoà mạng để các thầy thuốc trong khoa, trong viện, các cơ sở khác có thể cùng tham khảo kết quả chẩn đoán.

– Máy cắt lớp phóng xạ

Nguyên tắc cắt lớp: các máy ghi hình phẳng chỉ ghi được hình ảnh 2 chiều trong khi đồng vị phóng xạ trong cơ thể phân bố theo không gian 3 chiều. Để có được thông tin về chiều sâu người ta phải chụp thêm các ảnh phẳng với các góc khác nhau. Máy cắt lớp phóng xạ (SPECT- single photon emission computerized tomograph) là máy gamma camera có thể quay 360⁰ quanh bệnh nhân. Tuy mật độ chùm photon phát ra khá lớn, nhưng đầu dò chỉ ghi nhận được từng photon riêng biệt nên được gọi là chụp đơn photon. Mỗi vị trí của đầu dò thu nhận có được một hình ảnh hai chiều. Để tạo hình ảnh 3 chiều, sau khi thu nhận người ta dùng kỹ thuật tái tạo (reconstruction). Việc tái tạo ảnh dựa vào phần mềm chuyên dụng. Mỗi thế hệ máy có phần mềm khác nhau, ngày càng hoàn thiện hơn, cho phép xử lý hình ảnh tốt hơn, cung cấp được nhiều thông tin hơn. SPECT cho phép tăng độ chính xác chẩn đoán, hết ít thời gian hơn so với Gamma camera. Máy có thể quét toàn thân để chụp hình ảnh toàn bộ cơ thể.

Cấu tạo máy cắt lớp, phần cứng gồm có:

+ Đầu dò có cấu tạo và hoạt động giống như gamma camera, có các tham số chất lượng cao hơn, có hệ thống tự điều chỉnh. Từ trước đến nay các đầu dò của SPECT vẫn thường dùng tinh thể NaI(Tl). Bức xạ phát ra từ tinh thể phát quang được khuếch đại bởi ống nhân quang và các mạch điện tử khác. Đầu dò là thiất bị đặc biệt quan trọng, nó quyết định chất lượng hình ảnh SPECT. Để có hình ảnh tốt, đầu dò cần có độ phân giải cao, độ nhạy lớn, collimator thích hợp, khoảng cách từ đầu dò đến mô tạng ghi hình ngắn nhất. Để tăng độ phân giải và người ta tạo ra loại SPECT 2 hoặc 3 đầu dò.

+ Khung máy hoạt động với 4 bậc tự do, có thể di chuyển cả dàn quay sang phải, sang trái trong chế độ chụp toàn thân. Giá quay tròn cho phép đầu dò gắn với thân máy cũng quay tròn 360⁰ quanh bệnh nhân một cách dễ dàng. Dàn nâng có thể nâng lên hoặc hạ xuống làm cho đầu dò xa hoặc gần bệnh nhân. Cả hệ thống đầu dò gắn với khung máy có thể tự động thực hiện quay với tốc độ đặt trước. Cũng có thể sử dụng bàn điều khiển bằng tay (remote control unit).

+ Thiết bị đưa hình ảnh kết quả gồm có máy in màu, máy in phim.

+ Máy tính có tốc độ xử lý nhanh, ổ cứng với dung lượng lớn, bộ nhớ có dung lượng lớn hơn để xử lý tái tạo hình ảnh, hiển thị kết quả với hình ảnh có độ phân giải và chất lượng màu sắc cao hơn. Thiết bị xử lý trung tâm có nhiệm vụ điều khiển, đồng bộ hoạt động của các thiết bị, và đặc biệt là nó được tích hợp các phần mềm, cho phép thực hiện các chức năng lưu giữ và xử  lý thông tin, xử lý và hiển thị ảnh, thực hiện các lệnh do người sử dụng đưa vào… Nó còn cho phép kết nối với các thiết bị mở rộng khác như: bộ nhớ ngoài (ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm) kết nối mạng Ethernet, máy in…

+ Hệ thống điều khiển chuyển động tròn và chuyển động dọc theo chiều dài cơ thể. Đây là phần đặc biệt khác của máy cắt lớp. Hệ thống này điều khiển đầu dò tự động quay quanh cơ thể bệnh nhân và dừng lại thu nhận hình ảnh. Số lượng hình ảnh khi quay một vòng quanh bệnh nhân tùy thuộc vào chế độ đặt do người sử dụng đặt cho máy (32, 64, 128 hình ảnh…). Hệ thống điều khiển còn có thể tạo ra quỹ đạo quay tròn hay elíp bằng cách điều khiển giường bệnh nhân ở mỗi vị trí khác nhau. Hệ thống điều khiển cũng có thể điều khiển giường bệnh nhân chạy trên bề mặt đầu dò đặt cố định, đồng thời có phần mềm để hiệu chỉnh bề rộng đầu dò trong trường hợp đầu dò hình tròn.

Hiện nay người ta kết hợp ghi hình SPECT với CT tạo ra máy SPECT/CT,  tức là ghép 2 loại đầu dò trên cùng một máy và dùng chung hệ thống ghi nhận lưu giữ tín hiệu, các kỹ thuật xử lý của máy tính. Hệ thống này cho hình ảnh như ghép chồng hình ảnh CT với xạ hình nên cho phép vừa xác định chính xác vị trí giải phẫu (nhờ CT) các tổn thương vừa đánh giá được chức năng (nhờ xạ hình). Hình ảnh thu được có cả ưu điểm của CT và SPECT.

Phần mềm trong máy cắt lớp thực hiện các chức năng sau:

+ Thu nhận giữ liệu, xử lý ảnh, cho phép ghi hình các cơ quan, xử lý hình ảnh, lưu trữ, in, truyền ảnh qua internet.

+ Phần mềm ghi hình tim mạch: có cổng điện tim và không có cổng điện tim, tái tạo ảnh 3 chiều. Có thể ghi hình tĩnh, ghi hình động, ghi hình cắt lớp, ghi hình bể máu (blood pool) đánh giá chức năng tim (phân số tống máu, vận động vùng, hiệu suất tống máu…).

+ Có phần mềm ghi hình phổi, ghi hình tuyến giáp, phần mềm ghi hình thận, gan- đường mật, ghi hình não…

+ Xử lý kết quả: ngoài những phương pháp xử lý kết quả như máy gamma camera, trong máy cắt lớp còn có thêm phần mềm để tái tạo hình ảnh. Để sử dụng phần mềm này người sử dụng phải có kinh nghiệm lựa chọn các tham số khi xử lý kết quả (tần số cắt bỏ, hệ số hiệu chỉnh sự suy giảm khi bức xạ đi qua bề dày khác nhau…) để có được hình ảnh trung thực của cơ quan cần nghiên cứu.

Một số điểm cần chú ý khi làm việc với máy cắt lớp phóng xạ:

. Thường xuyên kiểm tra chất lượng của máy theo các chương trình của máy để đảm bảo máy làm việc đúng.

. Đặt chế độ thu nhận, xử lý kết quả hợp lý, dùng ống chuẩn trực hợp lý.

. Sử dụng chương trình hợp lý (nguồn phóng xạ, vị trí ống đếm, thời gian thu nhận sau khi tiêm phóng xạ, chương trình thu nhận, chương trình xử lý kết quả, các hình ảnh kết quả đưa ra, bố trí hình ảnh kết quả…).

– Ghi hình cắt lớp bằng máy PET (Positron Emission Tomograph)

Các bức xạ positron phát ra từ hạt nhân tồn tại rất ngắn, chúng gần như lập tức kết hợp với điện tử tự do, chuyển thành 2 photon có năng lượng 511 keV đi theo 2 hướng ngược nhau trên cùng một trục với điểm xuất phát. Người ta gọi đó là hiện tượng hủy hạt. Detector với mạch trùng phùng có thể ghi nhận 2 photon đồng thời đó. Như vậy trong ghi hình PET, các photon phát ra từ sự hủy cặp của positron và electron, đơn năng (511keV) nên hình ảnh của PET rõ nét hơn so với hình ảnh ghi nhận bằng SPECT.

Về cấu tạo nhìn chung PET cũng có các khối như SPECT nhưng phức tạp hơn. Sự khác nhau chủ yếu là ở đầu dò. Có nhiều kiểu đầu dò khác nhau, nhưng phổ biến nhất hiện nay là kiểu vòng tròn (Hình 2.12).

Brooks đã mô tả một loại đầu dò gồm 128 detector tinh thể Bismuth Germanate (Bi₄Ge₃O₁₂, viết tắt là GBO) được tạo thành 4 vòng, có đường kính bên trong là 38cm. Hệ thống này có tốc độ đếm cực đại là 1,5×10⁶ xung/giây, có thể chụp được 7 lát cắt trong 1 giây. Gần đây tinh thể nhấp nháy mới là Lutetium Oxyorthosilicate (LSO) đã được phát hiện. GBO và LSO có nhiều ưu việt hơn so với tinh thể NaI.

PET không cần đến collimator vì chùm tia có năng lượng lớn và đơn năng (511keV) nên độ nhạy cao, tốc độ đếm lớn nên độ nhạy rất tốt. PET cho hình ảnh chức năng, độ phân giải và độ tương phản cao, mang lại nhiều lợi ích trong chẩn đoán, nhất là trong theo dõi, đánh giá đáp ứng với điều trị ở bệnh nhân ung thư. PET giúp ích rất nhiều trong hầu hết các chuyên khoa lâm sàng như tim mạch, ung thư, nội khoa, ngoại khoa…

Cũng như SPECT kết hợp với CT, hiện nay người ta kết hợp ghi hình PET với CT được PET/CT. Hình ảnh PET/CT cung cấp cho thầy thuốc những thông tin chẩn đoán sớm, chính xác với độ nhạy, độ đặc hiệu và độ chính xác cao.

Các DCPX thường dùng trong ghi hình PET: ¹⁸F, ¹¹C, ¹³N, ¹⁵O. Trong đó ¹⁸F quan trọng nhất vì thời gian bán rã khá dài (109,7 phút) so với các ĐVPX phát bức xạ positron khác và vì khả năng gắn tốt vào phân tử deoxyglucose để tạo ra ¹⁸FDG, một DCPX rất hữu ích trong lâm sàng và nghiên cứu y sinh học.

2.4. Máy chuẩn liều

Nhiều phép đo trong YHHN cho biết lượng phóng xạ đưa vào cơ thể sao cho đủ lớn để ghi nhận được và có số liệu thống kê tốt, nhưng không quá lớn tránh tác hại đến bệnh nhân. Vì vậy máy đo liều chính là thiết bị chuẩn các liều dùng trong YHHN.

Cấu tạo của máy chuẩn liều gồm:

+ Đầu dò: hầu hết đầu dò của máy chuẩn liều là buồng ion hoá làm việc ở chế độ đo dòng điện, có lỗ để đưa nguồn phóng xạ vào đầu dò, có giá đỡ để tránh chất phóng xạ rơi vãi ra đầu dò.

+ Bộ phận điều khiển đo: được thiết kế có đèn hiện số, kết quả hiện ra là số hoạt tính tối đa của mẫu có thể theo đơn vị cũ như mCi, mCi hay đơn vị mới là Bq, kBq… Trên máy có các chế độ để đo các loại đồng vị khác nhau như ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, ¹³³Ba… Tùy loại nguồn cần đo mà chọn các tham số tương ứng.