Y học hạt nhân – nuclear medicine liên quan tới việc người ta dùng các chất phóng xạ để thực hiện các xét nghiệm hoặc điều trị bệnh. Nó cho ta biết được toàn cảnh về giải phẫu và sinh lý của cơ thể, từ đó đề ra chẩn đoán và điều trị.

Chẩn đoán hình ảnh trong Y học hạt nhân

Khi thăm khám một bệnh nhân, bác sĩ không thể nào nhìn xuyên qua da để thấy hết được những gì bên trong cơ thể. Trong quá khứ, phẫu thuật “mở phanh” là cách thông thường giúp các bác sỹ thấy được hết các cơ quan nội tạng, từ đó chẩn đoán và điều trị bệnh. Nhưng ngày nay, các bác sĩ có thể sử dụng hàng loạt các công nghệ hiện đại và không xâm lấn vào cơ thể bệnh nhân. Trong số đó bao gồm có chụp X quang, cộng hưởng từ MRI, cắt lớp vi tính CAT, siêu âm... Mỗi công nghệ trên đều có những ưu và nhược điểm riêng, chúng được chỉ định tuỳ thuộc vào điều kiện và bộ phận cần thăm khám.

Chẩn đoán hình ảnh kết hợp Y học hạt nhân cung cấp cho các bác sĩ một công cụ khác để nhìn sâu vào bên trong cơ thể. Các thiết bị bao gồm chiếc máy tính xử lý, bộ dò tín hiệu và chất phóng xạ. Những công nghệ chẩn đoán hình ảnh sử dụng phóng xạ hiện nay là:

- Positron emission tomography (PET).

- Single photon emission computed tomography (SPECT).

- Cardiovascular imaging.

- Bone scanning.

Tất cả những công nghệ trên sử dụng các đặc tính khác nhau của nguyên tố phóng xạ để tạo ra hình ảnh. Tham khảo bài viết này để biết thêm chi tiết.

Chẩn đoán hình ảnh kết hợp Y học hạt nhân rất hữu dụng, giúp các bác sĩ chẩn đoán:

- Phình mạch.

- Khối u.

- Rối loạn tưới máu tới các mô.

- Rối loạn tế bào máu và các rối loạn chức năng các cơ quan, ví dụ như tuyến giáp hoặc suy chức năng hô hấp.

Việc sử dụng xét nghiệm nào, hay kết hợp các xét nghiệm với nhau, điều này phụ thuộc vào triệu chứng của bệnh nhân và bệnh được chẩn đoán.

Positron Emission Tomography (PET).

PET tạo hình ảnh của cơ thể bằng cách sử dụng cảm biến nhận biết các tia phát ra từ chất phóng xạ. Các chất này được tiêm vào trong cơ thể, và thường được đánh dấu bằng các nguyên tố phóng xạ, ví dụ như Carbon-11, Flo-18, Oxy-15, hay Nitơ-13, các nguyên tử này đều có thời gian phân rã ngắn. Người ta tạo ra các nguyên tố phóng xạ này bằng cách dùng hạt neutrons bắn phá các chất hoá học bình thường để tạo nên các đồng vị phóng xạ cần thiết. PET có thể phát hiện được các tia gamma từ vùng mà hạt positron phát ra từ chất phóng xạ va chạm với hạt electron trong mô của cơ thể (hình 1).

Trong công nghệ chụp PET, bệnh nhân được tiêm chất phóng xạ, sau đó được đặt trên một chiếc bàn phẳng rồi đưa vào trong một buồng nhỏ như hình trên. Buồng này có dãy các cảm biến nhận dạng tia gamma, bao gồm nhiều tinh thể trong suốt, mỗi tinh thể được nối với một ống photomultiplier. Các tinh thể sẽ chuyển tín hiệu tia gamma thành các photon ánh sáng, và các ống photomultiplier sẽ khuếch đại ánh sáng thành tín hiệu điện. Những tín hiệu điện này được máy tính xử lý để xuất ra dạng hình ảnh. Sau đó chiếc bàn di chuyển, và quá trình này được lặp lại, đưa ra một chuỗi hình ảnh của các bộ phận cơ thể, ví dụ như não bộ, gan... Hình chụp các lát cắt mỏng này có thể được xử lý để dựng thành hình ảnh 3D.

Công nghệ PET cung cấp cho chúng ta những hình ảnh về dòng máu hay về các chức năng sinh hoá khác, tuỳ thuộc vào việc phân tử nào được đánh dấu phóng xạ. Ví dụ, PET có thể cho ta thấy những hình ảnh của quá trình chuyển hoá glucose trong não, hay những quá trình thay đổi trong các hoạt động của cơ thể. Dù vậy, hiện tại chỉ có một số trung tâm lớn có thể thực hiện công nghệ này do cần lấy nguyên liệu từ các máy gia tốc hạt nhân là các nguyên tử phóng xạ có thời gian phân rã ngắn, và các trung tâm này cần phải đặt gần máy gia tốc.

SPECT: Chụp tim mạch và xạ hình xương

SPECT là một công nghệ giống như PET, nhưng sử dụng các chất phóng xạ (Xenon-133, Technetium-99, Iod-123) có thời gian phân rã dài hơn, và chúng phát ra các tia gamma đơn thay gì các tia gamma kép. SPECT giúp cung cấp các thông tin về dòng máu và sự phân bố các chất phóng xạ trong cơ thể. Những hình ảnh được chụp bởi SPECT có độ đặc hiệu và sự chi tiết trong hình ảnh kém hơn PET, nhưng chụp SPECT lại rẻ hơn PET. Và SPECT có thể làm được ở nhiều nơi hơn do nơi chụp SPECT không cần đặt gần các máy gia tốc hạt.

Chụp hình tim mạch – Cardiovascular imaging – là công nghệ sử dụng chất phóng xạ để biểu diễn dòng chảy của máu qua tim và các mạch máu. Ví dụ, làm test gắng sức sử dụng tali. Bệnh nhân sẽ được tiêm một hợp chất phóng xạ có chứa tali, sau đó thực hiện bài tập gắng sức đồng thời được chụp bằng một chiếc máy chụp tia gamma. Sau đó, lặp lại quá trình trên nhưng không thực hiện bài tập gắng sức. Việc so sánh hình ảnh chụp được trong 2 quá trình sẽ giúp chúng ta nhận biết được sự thay đổi dòng máu trong hoạt động của tim. Công nghệ này rất hữu ích trong việc xác định vị trí tắc nghẽn động mạch hay các tiểu động mạch của tim và các cơ quan trong cơ thể.

Chụp xạ hình xương – bone scanning – xác định các tia phóng xạ từ các chất phóng xạ (technetium-pp methyldiphosphate), các chất này khi tiêm vào cơ thể sẽ tập trung tại xương – do mô xương tập trung nhiều hợp chất chứa phospho. Các chất này sẽ tập trung nhiều tại các vị trí có hoạt động chuyển hoá mạnh, từ đó trên hình ảnh sẽ xuất hiện các “điểm sáng” chỉ vị trí hoạt động mạnh và các “điểm tối” chỉ các vị trí hoạt động yếu. Ngoài ra, xạ hình xương giúp phát hiện các khối u đang tiến triển mạnh.

Y học hạt nhân trong điều trị ung thư

Trong các xét nghiệm chẩn đoán hình ảnh với y học hạt nhân, việc tiêm các chất phóng xạ không gây hại gì cho cơ thể bệnh nhân. Các đồng vị phóng xạ được sử dụng phân rã rất nhanh, từ vài phút đến vài giờ đồng hồ, mức độ phóng xạ thấp hơn khi chụp X-quang hay chụp CT; các sản phẩm sẽ nhanh chóng được đào thải qua nước tiểu hoặc qua đường tiêu hoá.

Nhưng một số tế bào trong cơ thể lại bị ảnh hưởng rất mạnh bởi các tia phóng xạ - tia alpha, tia beta, tia gamma và tia X. Các tế bào sẽ nhân lên một cách bất thường, và tế bào con sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn tế bào khác vì 2 đặc tính:

- Tế bào có cơ chế tự sửa chữa ADN hỏng.

- Khi một tế bào phát hiện ra ADN chứa bên trong bị hỏng khi nhân lên, nó sẽ tự huỷ.

Việc các tế bào nhân lên với vận tốc nhanh hơn khiến cho chúng không kịp phát hiện và sửa chữa ADN bị hỏng bên trong, do đó chúng sẽ tự huỷ khi tiếp xúc với tia phóng xạ.

Một số bệnh ung thư được đặc trưng bởi sự nhân lên bất thường của các tế bào, và những dạng ung thư đó có thể được chữa trị bằng liệu pháp phóng xạ. Về cơ bản, những sợi dây hoặc những lọ nhỏ có chứa chất phóng xạ sẽ được đặt gần khối u. Nếu khối u đó ở sâu, hoặc ở vị trí không thể phẫu thuật vào được, ta có thể sử dụng chùm tia X cường độ cao chiếu tập trung vào khối u.

Vấn đề xảy ra ở đây là, việc điều trị bằng phóng xạ có thể gây ảnh hưởng đến các tế bào lành của cơ thể. Tóc, tế bào máu, tế bào biểu mô niêm mạc đường tiêu hoá thường được tái tạo liên tục, do đó chúng bị ảnh hưởng mạnh bởi liệu pháp điều trị này. Bạn có thể thấy, các bệnh nhân qua quá trình điều trị ung thư thường bị rụng hết tóc và buồn nôn.

Ngoài ra, các chất phóng xạ còn đóng vai trò như những chất chỉ thị. Chúng được tiêm vào máu, cho phép chúng ta quan sát được cấu trúc mạch máu, từ đó có thể dễ dàng nhận ra được các cục máu đông hay các bất thường về mạch máu. Ngoài ra, một số cơ quan trong cơ thể thường tập trung nhiều một số chất nào đó, ví dụ như tuyến giáp thường tập trung nhiều iốt, do đó khi tiêm iốt phóng xạ vào cơ thể ta có thể xác định được các khối u tuyến giáp. Tương tự, các khối u do ung thư thường tập trung nhiều phospho. Bằng cách tiêm đồng vị phospho-32 ta có thể phát hiện các khối u tại vị trí tăng độ phóng xạ.