- Máy SPECT-CT
PGS. TS. Mai Trọng Khoa
Phó Trưởng Bộ môn Y học hạt nhân – Đại học Y Hà Nội
Trưởng Khoa Y học hạt nhân và Ung bướu-BV Bạch Mai
Tóm tắt: Hiện nay, chuyên ngành Y học hạt nhân đã có những đóng góp to lớn cho việc chẩn đoán bệnh nói chung và đặc biệt cho chuyên ngành ung thư. Nhiều kỹ thuật chẩn đoán và điều trị bằng đồng vị phóng xạ đã và đang được áp dụng rất có hiệu quả ở các bệnh viện trên thế giới. Một trong những ứng dụng đặc biệt quan trọng là kỹ thuật chụp hình phát hiện ung thư bằng máySPECT, SPECT-CT, PET và PET-CT. Kỹ thuật chụp hình bằng máy PET với khả năng ghi hình ở mức phân tử và mức tế bào đã giúp chúng ta có khả năng: Chẩn đoán sớm ung thư; Phân loại giai đoạn ung thư; Kiểm tra và đánh giá tái phát ung thư; Đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị… Sự phối hợp hình ảnh qua việc chụp hình bằng máy PET- CT đã làm tăng độ nhạy và độ đặc hiệu của kỹ thuật này cho việc chẩn đoán nhờ có được đồng thời cả hình ảnh cấu trúc giải phẫu của CT và hình ảnh chức năng chuyển hoá của PET.
Summary: Recently, nuclear medicine has a great contribution to diagnosis, specially in oncology. Nulear medicine techniques for diagnosis and therapy have using in many hospitals over the world. One of the special applications of SPECT, SPECT-CT, PET and PET- CT is detecting tumors. PET will help for: Early detection; Staging of cancer; Checking for recurrence; Assessing the effectiveness of therapy… The combination of CT and PET in one machine has allowed us fusioningat the same time CT image and PET image, so it makes increasing the sensitivity and the specificity of this techiques.
1. Một vài nét về ứng dụng các đồng vị phóng xạ trong lâm sàng.
Chuyên ngành Y học hạt nhân (Nuclear Medicine) là một chuyên ngành tương đối mới của y học. Trong những năm qua nó đã có những bước tiến bộ vượt bậc và đạt được nhiều thành tựu mới trong chẩn đoán và điều trị bệnh nói chung và đặc biệt trong bệnh ung thư.
1.1. Chẩn đoán bệnh bằng đồng vị phóng xạ (ĐVPX): Cách đây hơn 60 năm, các đồng vị phóng xạ (ĐVPX) đã được sử dụng cho mục đích chẩn đoán và điều trị. Nguyên tắc chung của chẩn đoán bệnh bằng đồng vị phóng xạ như sau:
Để đánh giá hoạt động chức năng của một cơ quan, phủ tạng nào đó ta cần đưa vào một loại ĐVPX hoặc một hợp chất có gắn ĐVPX thích hợp, chúng sẽ tập trung đặc hiệu tại cơ quan cần khảo sát. Theo dõi quá trình chuyển hoá, đường đi của ĐVPX này ta có thể đánh giá tình trạng chức năng của cơ quan, phủ tạng cần nghiên cứu qua việc đo hoạt độ phóng xạ ở các cơ quan này nhờ các ống đếm đặt ngoài cơ thể tương ứng với cơ quan cần khảo sát. Ví dụ người ta cho bệnh nhân uống 131I rồi sau những khoảng thời gian nhất định đo hoạt độ phóng xạ ở vùng cổ bệnh nhân, từ đó có thể đánh giá được tình trạng chức năng của tuyến giáp …
Để ghi hình (xạ hình) các cơ quan người ta phải đưa các ĐVPX vào cơ thể người bệnh. Xạ hình (Scintigraphy) là phương pháp ghi hình ảnh sự phân bố của các chất phóng xạ ở bên trong các phủ tạng bằng cách đo hoạt độ phóng xạ của chúng từ bên ngoài cơ thể.
Xạ hình không chỉ là phương pháp chẩn đoán hình ảnh đơn thuần về hình thái mà nó còn giúp ta hiểu và đánh giá được chức năng của cơ quan, phủ tạng và một số biến đổi bệnh lí khác.
Để ghi hình các cơ quan, ngoài máy scanner (ghi hình tĩnh) người ta còn dùng máy Gamma Camera, SPECT, PET, PET/CT hoặc SPECT/CT.
Bằng kỹ thuật ghi hình y học hạt nhân, người ta có thể ghi hình từng cơ quan hoặc ghi hình toàn cơ thể (Whole body scan), kết quả xạ hình sẽ cung cấp cho chúng ta các thông tin về hình ảnh chức năng nhiều hơn hình ảnh về cấu trúc giải phẫu.
2.2. Điều trị bệnh bằng đồng vị phóng xạ:
Để điều trị người ta phải đưa các đồng vị phóng xạ hay dược chất phóng xạ (DCPX) vào trong cơ thể người bệnh. Người ta gọi đây là phương pháp điều trị chiếu trong hay còn gọi là điều trị bằng nguồn hở.
Nguyên lý chung của phương pháp điều trị chiếu trong được dựa trên định đề Henvesy: Cơ thể sống không có khả năng phân biệt các đồng vị của cùng một nguyên tố. Điều đó có nghĩa là khi đưa vào cơ thể sống các đồng vị của cùng một nguyên tố thì chúng cùng tham gia vào các phản ứng sinh học và cùng chịu chung một số phận chuyển hoá. Vì vậy, khi biết một nguyên tố hoá học hoặc một chất nào đó tham gia vào quá trình chuyển hoá ở một tổ chức hoặc một cơ quan nào đó của cơ thể, có thể dùng ĐVPX của nguyên tố hoá học đó hoặc chất đó đưa vào cơ thể. Các ĐVPX (hay còn gọi là thuốc phóng xạ) này sẽ tập trung đặc hiệu tại tổ chức bệnh (tổ chức ung thư, tổ chức cường chức năng…) và phát huy tác dụng điều trị…
Điều trị là dùng năng lượng các tia bức xạ để làm thay đổi chức năng hay huỷ diệt một tổ chức bệnh lý nhất định. Liều điều trị phải lớn gấp hàng trăm, hàng ngàn, hàng vạn lần so với liều chẩn đoán.
Trong nhiều trường hợp, so với các phương pháp điều trị khác thì điều trị bằng các đồng vị phóng xạ là phương pháp điều trị hữu hiệu, nhanh gọn, đơn giản, kinh tế… Chẳng hạn có thể dùng I-131 để điều trị rất hiệu quả bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá: sau khi đã phẫu thuật cắt bỏ khối u và tuyến giáp, bệnh nhân được uống I-131, theo dòng tuần hoàn I-131 sẽ truy tìm và đọng lại những nơi có tế bào ung thư tuyến giáp hoặc các tổ chức giáp di căn vào bất kỳ vị trí nào cuả cơ thể (vào phổi, xương, não…). Năng lượng bức xạ beta (b) của I-131 sẽ tiêu diệt rất hiệu quả các tế bào ung thư giáp. Sau đó bệnh nhân sẽ được bồi phụ hormon giáp để trở về bình giáp. Rất nhiều bệnh nhân đã khỏi và có thể sinh đẻ và trở về cuộc sống lao động, sinh hoạt bình thường… Ngoài ra, người ta cũng còn dùng I-131 để điều trị nhiều bệnh khác như cường giáp trạng, Basedow… hoặc sử dụng các đồng vị phóng xạ hướng xương như: Phospho-32 (P-32), Stronti – 89 (89Sr); Samarium – 153 (153Sm); Rhenium – 188 (188Re) để điều trị chống đau do ung thư di căn vào xương. Các đồng vị phóng xạ này khi vào cơ thể sẽ theo dòng tuần hoàn và đến các tổ chức xương bị ung thư và phát huy hiệu quả điều trị nhờ vào năng lượng bức xạ beta (b) của chúng. Hiệu quả điều trị giảm đau sau 1 lần tiêm là từ 3-12 tháng, tuỳ theo đồng vị phóng xạ sử dụng…
2. Ghi hình khối u bằng máy SPECT, PET 2.1 Nguyên lý chung của ghi hình cắt lớp vi tính bằng bức xạ đơn photon (SPECT: Single Photon Emission Computed Tomography) và ghi hình cắt lớp bằng bức xạ positron (PET: positron Emission Tomography)
Năm 1951 lần đầu tiên B. Cassen đã chế tạo ra máy ghi hình cơ học (Rectilinear Scintigraphe). Sau đó khi máy Gamma Camera ra đời thì công việc ghi hình phóng xạ đã có những tiến bộ vượt bậc vì cho ta những hình ảnh với trường nhìn của đầu dò (detector) rộng và do đó theo dõi được các biến đổi động học nhanh chóng ở tim, thận, não, gan… Sự tiến bộ vượt bậc của tin học đã tạo ra kĩ thuật chụp cắt lớp bằng tia X qua máy vi tính (CT – Scanner). Vận dụng nguyên lí đó, năm 1975, người ta đã tạo ra được kĩ thuật chụp cắt lớp bằng các bức xạ photon phát ra từ các ĐVPX: Kĩ thuật chụp hình SPECT (Single Photon Emission Computerized Tomography). Với những ưu điểm đơn sắc của chùm photon thu được qua hiện tượng huỷ hạt (khi các photon gặp electron) trong thiết bị chụp cắt lớp bằng chùm positron (PET – Positron Emission Tomography), kĩ thuật PET đã cho những hình ảnh rất sắc nét với một liều phóng xạ ít hơn trong kĩ thuật SPECT. Sự ra đời của máy PET đã tạo ra một bước đột phá mới trong việc phát hiện sớm, chính xác các khối u ung thư, cũng như trong đánh giá và chẩn đoán các bệnh tâm thần, thần kinh và tim mạch…
* Nguyên lí của ghi hình bằng máy gamma camera, SPECT:
Kỹ thuật SPECT phát triển trên cơ sở CT- Scanner. Nhưng trong SPECT không có chùm tia X nữa mà là các photon gamma của các ĐVPX đã được đưa vào cơ thể bệnh nhân dưới dạng các DCPX để đánh dấu đối tượng cần ghi hình. Trong SPECT các tín hiệu cũng được ghi nhận như trong đầu dò của Planar Gamma Camera và đầu dò các kỹ thuật YHHN thông thường khác, nhưng trong SPECT đầu dò được quay xoắn với góc nhìn từ 180°¸360° (1/2 hay toàn vòng tròn cơ thể), được chia theo từng bậc ứng với từng góc nhỏ (thông thường khoảng 3°). Tuy mật độ chùm photon được phát ra khá lớn, nhưng đầu dò chỉ ghi nhận được từng photon riêng biệt nên được gọi là chụp cắt lớp đơn photon. Tia X hoặc photon trước khi đến được đầu dò bị các mô tạng của cơ thể nằm trên đường đi hấp thụ. Do vậy năng lượng của chúng bị suy giảm tuyến tính. Cho máy quét trên cơ thể hoặc bệnh nhân quay thì góc quay và góc nhìn của chùm tia quyết định hướng, mật độ chùm tia đến đầu dò và giá trị hấp thụ của nó. Ta hình dung giả sử chia lát cắt thành nhiều đơn vị vật chất với kích thước nhất định. Khi chùm tia photon quét qua lớp vật chất đó (ngang hoặc dọc) thì nó sẽ lần lượt xuyên qua các đơn vị vật chất. Tín hiệu phát ra từ mỗi đơn vị vật chất sẽ khác nhau do có độ suy giảm tuyến tính khác nhau, tuỳ thuộc vào góc quay, độ lớn của góc nhìn trong mặt phẳng quét và khoảng cách của nó tới đầu dò. Máy tính (PC) với các phần mềm thích hợp có khả năng hiệu chỉnh hệ số suy giảm đó và loại bỏ cả các bức xạ từ các mặt phẳng khác gọi là lọc nền (filtered back projection). Như thế nghĩa là PC loại bỏ các tín hiệu tạo ra từ các lớp vật chất trước, sau (hoặc trên, dưới) đối với mặt phẳng lát cắt. Các tín hiệu đó gọi là xung nhiễu. Vì vậy sẽ thu nhận được hàng loạt các tín hiệu của từng đơn vị thể tích một lớp vật chất nhất định (ta hình dung như một lát cắt). Do vậy, các tín hiệu chỉ được ghi nhận theo từng thời điểm một. Số lượng góc nhìn cần chọn đủ để tái tạo ảnh một cách trung thực tuỳ thuộc vào độ phân giải của đầu dò. Các tín hiệu đó được đưa vào hệ thống thu nhận dữ liệu (Data Acquisition System: DAT) để mã hoá và truyền vào PC. Khi chuyển động quét kết thúc, bộ nhớ đã ghi nhận được một số rất lớn những số đo tương ứng với những góc khác nhau trong mặt phẳng tương ứng. Các tín hiệu thu được là cơ sở để tái tạo hình ảnh. Việc tái tạo ảnh dựa vào các thuật toán phức tạp mà PC có khả năng giải quyết nhanh chóng. Đó là các thuật toán về ma trận (matrix). Các số liệu ghi đo được từ các lớp cắt tạo ra ma trận này. Thông thường trong CT – Scanner người ta dùng các ma trận: (64×64), (128×128), (252 x 252) hoặc lớn hơn nữa, còn trong SPECT thường dùng ma trận 64×64 là đủ vì năng lượng các photon gamma cao hơn.
Dưới đây mô tả sơ đồ một máy SPECT 2 đầu (dual head). Hiện nay người ta chế tạo được các máy SPECT 1đầu (detector), 2 đầu, 3 đầu. Các máy SPECT 2 và 3 đầu sẽ cho kết quả ghi hình nhanh hơn, đặc biệt khi cần khảo sát các quá trình động học xảy ra nhanh trong cơ thể. Ngoài ra các máy SPECT vừa có thể tạo ra các lắt cắt (slide) hình ảnh như CT, MRI, nó còn cho hình ảnh quýet (Scan) toàn thân, đặc điểm này là đặc biịet có giá trị trong phát hiện khối u và di căn ung thư.
Nguyên lí của ghi hình bằng máy PET:
Một Positron phát ra từ hạt nhân nguyên tử tồn tại rất ngắn, chỉ đi được một quãng đường cực ngắn rồi kết hợp với một điện tử tự do tích điện âm trong mô và ở vào một trạng thái kích thích gọi là positronium. Positronium tồn tại rất ngắn và gần như ngay lập tức chuyển hoá thành 2 photon có năng lượng 511 keV phát ra theo 2 chiều ngược nhau trên cùng một trục với điểm xuất phát. Người ta gọi đó là hiện tượng huỷ hạt (annihilation). Nếu đặt 2 detector đối diện nguồn phát positron và dùng mạch trùng phùng (coincidence) thì có thể ghi nhận 2 photon g đồng thời đó (hình 3). Do vậy các đầu đếm nhấp nháy có thể xác định vị trí phát ra positron (cũng tức là của các photon đó). Vị trí đó phải nằm trên đường nối liền 2 detector đã ghi nhận chúng. Người ta gọi đó là đường trùng phùng (coincidence line). Trong cùng một thời điểm máy có thể ghi nhận được hàng triệu dữ liệu như vậy, tạo nên hình ảnh phân bố hoạt độ phóng xạ trong không gian của đối tượng đã đánh dấu phóng xạ trước đó (thu thập dữ liệu và tái tạo hình ảnh) theo nguyên lí như trong SPECT. Sự tái tạo các hình ảnh này được hoàn thành bởi việc chọn một mặt phẳng nhất định (độ sâu quan tâm trong mô, tạng). Vì vậy được gọi là chụp cắt lớp bằng Positron (Positron Emission Tomography: PET). Nguyên lí và kỹ thuật giống như trong SPECT nhưng các photon của các ĐVPX trong SPECT không đơn năng mà trải dài theo phổ năng luợng của nó, còn trong PET là các photon phát ra từ hiện tượng huỷ hạt của positron và electron, đơn năng (511 keV).
Điểm đặc biệt đối với việc ghi hình bằng máy PET là phải sử dụng các ĐVPX phát positron. Tuy nhiên các ĐVPX này có thời gian bán rã ngắn nên bên cạnh máy PET phải có Cyclotron để sản xuất ĐVPX. Điều đó gây thêm khó khăn cho việc phổ cập PET cả về kỹ thuật và tài chính. Vì vậy hiện nay số lượng PET trên thế giới không nhiều như SPECT.
Cũng giống như các máy SPECT, máy PET cũng vừa có thể tạo ra các lắt cắt (slide) hình ảnh như CT, MRI, vừa co thể cho hình ảnh quýet (Scan) toàn thân, đặc điểm này là đặc biệt quan trọng trong phát hiện khối u và sự tái phát và di căn ung thư.
- Máy PET (bên trái) và Cyclotron (bên phải) để sản xuất các ĐVPX có đời sống ngắn
Gần đây người ta đã nghiên cứu tạo ra hệ thống kết hợp PET với CT – Scanner hoặc SPECT/CT tức là ghép 2 loại đầu dò trên một máy và dùng chung hệ thống ghi nhận lưu giữ số liệu, các kỹ thuật của PC. Hệ thống này cho ta hình ảnh như ghép chồng hình của CT và xạ hình lên nhau nên có thể xác định chính xác vị trí giải phẫu (do hình CT là chủ yếu) các tổn thương chức năng (do xạ hình là chủ yếu). Hệ thống này mang lại nhiều màu sắc phong phú cho kỹ thuật ghi hình phóng xạ nói riêng và ghi hình y học nói chung.
2.2. Ghi hình khối u bằng máy SPECT, PET
Phương pháp ghi hình (xạ hình) có vai trò quan trọng trong việc phát hiện các khối u, đặc biệt các khối u ác tính, cũng như theo dõi ung thư tái phát và đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị.
Nguyên tắc chung của ghi hình y học hạt nhân là: để ghi hình (xạ hình) các cơ quan người ta phải đưa các ĐVPX hay dược chất phóng xạ (DCPX) vào cơ thể người bệnh. Các ĐVPX hay các DCPX để ghi hình phải được lựa chọn sao cho khi vào cơ thể nó chỉ tập trung vào cơ quan cần ghi hình, ít hoặc không tập trung phóng xạ ở các tổ chức hay cơ quan khác và phải được lưu giữ ở đó một thời gian đủ dài. Sự phân bố trong không gian của DCPX này sẽ được ghi thành hình ảnh. Hình ảnh thu được có tính đặc hiệu của cơ quan cần nghiên cứu. Hình ảnh này được gọi là xạ hình đồ, hình ghi nhấp nháy (Scintigram, Scanogram, Scan). Đây là điểm khác biệt rất quan trọng trong ghi hình bằng kỹ thuật y học hạt nhân so với các kỹ thuật ghi hình không đưa các phóng xạ vào cơ thể người bệnh như CT, MRI… Thực chất xạ hình (Scintigraphy) là phương pháp ghi hình ảnh sự phân bố một cách đặc hiệu của các chất phóng xạ ở bên trong các phủ tạng bằng cách đo hoạt độ phóng xạ của chúng từ bên ngoài cơ thể.
Xạ hình không chỉ là phương pháp chẩn đoán hình ảnh đơn thuần về hình thái mà nó còn giúp ta hiểu và đánh giá được chức năng của cơ quan, phủ tạng và một số biến đổi bệnh lí khác của chính cơ quan đó.
Để phát hiện khối u, hiện có nhiều phương pháp khác nhau: · Các phương pháp chụp hình thường quy (quy ước) như: XQ, siêu âm, CT, MRI…
- Các phương pháp ghi hình bằng y học hạt nhân như: Scanner, Gamma camera, SPECT, PET, PET/CT… Mỗi loại phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng. Trong lâm sàng, người thầy thuốc cần biết sử dụng hoặc phối hợp các phương pháp chẩn đoán hình ảnh đó để có những thông tin chính xác giúp ích cho quá trình chẩn đoán theo dõi và đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị.
Hiện nay có thể xếp các phương pháp ghi hình khối u theo 3 nhóm chính như sau:
· Ghi hình khối u với máy gamma camera và SPECT, loại này gồm 2 loại xạ hình:
+ Xạ hình (lên hình) bằng tương phản âm tính (-)
+ Xạ hình (lên hình) bằng tương phản dương tính (+)
· Ghi hình khối u đặc hiệu (ghi hình miễn dịch phóng xạ: Radioimmuoscintigraphy: RIS).
· Ghi hình khối u theo nguyên tắc chuyển hoá (bằng kỹ thuật PET).
2.2.1. Ghi hình khối u với máy gamma camera và SPECT
* Ghi hình khối u theo nguyên tắc tương phản âm tính
Trên hình ghi (scintigram), nơi tương ứng với khối u, ta thấy có một vùng khuyết hoặc giảm hoạt tính phóng xạ so với tổ chức xung quanh. Nghĩa là chất phóng xạ chỉ tập trung chủ yếu trong
tổ chức lành và do đó tại khối u ít hoạt tính phóng xạ hơn. Nguyên nhân là do có sự thay đổi về mặt chuyển hoá, phân bố mạch, tổn thương hoại tử của tế bào ung thư nên làm cho tổ chức ung thư giảm (hoặc mất hẳn) khả năng bắt, giữ các chất phóng xạ. Ví dụ; ung thư tuyến giáp, ung thư gan, ung thư phổi…
Tuy nhiên, có nhiều nguyên nhân có thể tạo ra một vùng “lạnh” hoạt tính phóng xạ, do vậy nếu chỉ dựa vào hình ảnh trên scintigram thì không được phép ghi chẩn đoán xác định là có ung thư hay không.
Các máy xạ hình gamma camera, SPECT thường được dùng để ghi ghi hình cho loại này.
* Ghi hình khối u theo nguyên tắc tương phản dương tính (Positive contrast)
Phương pháp ghi hình này ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn. ở nơi tương ứng với khối u có vùng tập trung hoạt tính phóng xạ cao hơn tổ chức xung quanh. Ví dụ: ghi hình khối u ở não, xương, vú..
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng có nhiều nguyên nhân có thể tạo ra một vùng “nóng” hoạt tính phóng xạ tại vùng tổn thương, do vậy nếu chỉ dựa vào hình ảnh trên scintigram thì chỉ nói được là có tổn thương, nhưng khó xác định là khối u lành tính hay ác tính. Nhưng so với phương pháp ghi hình theo nguyên tắc ghi hình âm tính thì phương pháp ghi hình theo nguyên tắc tương phản dương tính có độ nhạy và đặc hiệu cao hơn trong một số loại khối u.
Các máy xạ hình gamma camera, SPECT thường được dùng để ghi ghi hình theo nguyên tắc này. 
2.2.2. Ghi hình khối u đặc hiệu (ghi hình miễn dịch phóng xạ: Radioimmuoscintigraphy: RIS).
Trong những năm vừa qua, ngành y học hạt nhân đã có những bước phát triển mới trong các kỹ thuật ghi hình để vừa có thể ghi hình đặc hiệu được các tổ chức cơ quan đó, lại vừa đánh giá được chức năng của chúng thông qua việc sử dụng kỹ thuật gắn các receptor và tương tác giữa kháng nguyên – kháng thể.
Kỹ thuật sử dụng kháng thể đánh dấu phóng xạ để ghi hình và đánh giá các đặc điểm của bản chất quá trình bệnh lý được gọi là kỹ thuật ghi hình miễn dịch phóng xạ (RIS: Radioimmuscintigraphy).
Về nguyên tắc, RIS có thể áp dụng cho bất kỳ loại bệnh lý nào: lành tính, như phát hiện nhồi máu cơ tim với antimyosin đánh dấu phóng xạ, hay ác tính… Để phát hiện khối u (lành và ác tính) hiện người ta có thể sử dụng các kỹ thuật: X quang thông thường, CT, MRI, Siêu âm… Những phương pháp này chỉ giúp ta xác định được có tổn thương hay không, vị trí khối u… Nhưng không xác định được bản chất, loại tổn thương của khối u. Việc sử dụng RIS vừa cho phép xác định được khối u (vị trí, hình dạng, kích thước) và xác định chính xác bản chất của khối u. Đó chính là ưu điểm và ưu việt của RIS.
* Nguyên lý của RIS như sau:
Mỗi khối u có một loại tế bào ung thư, những tế bào này tạo ra những kháng nguyên đặc hiệu (thường nằm ở bề mặt tế bào). Mỗi loại ung thư lại có một loại kháng nguyên đặc hiệu. Kháng nguyên này sẽ kết hợp với kháng thể đặc hiệu với nó.
Nếu dùng các kháng thể đặc hiệu (kháng thể đơn dòng: monoclonal anbibody) đã được đánh dấu bằng một đồng vị thích hợp phát tia gamma (g) thì kháng thể này sẽ kết hợp với kháng nguyên tương ứng của tổ chức ung thư và tạo thành phức hợp: Kháng nguyên – kháng thể đánh dấu phóng xạ. Như vậy, lúc này khối u sẽ trở thành một nguồn phát tia phóng xạ (tia gamma) và kết quả ta sẽ có một hình ghi dương tính, đó là hình ảnh của khối u ung thư đặc hiệu. Để tìm và phát hiện khối u ung thư nào đó, người ta thường sử dụng một số đồng vị phóng xạ cho RIS như 123I, 111In, 99mTc, 131I… Để biết chính xác bản chất, vị trí của khối u ta chỉ việc tiêm các kháng thể đặc hiệu với loại ung thư cần phát hiện mà ta đã biết trước. Nếu lên hình được ta có thể khẳng định đó là hình ghi đặc hiệu của khối u ta cần tìm. Chẳng hạn để phát hiện ung thư buồng trứng người ta dùng kháng thể đơn dòng OC 125 đánh dấu 111In (111In-OC125)…
* ứng dụng của RIS trong lâm sàng
RIS không có vai trò như một test sàng lọc (Screening test) cho những người khoẻ mạnh để phát hiện ung thư. RIS là một kỹ thuật phức tạp vì đòi hỏi phải tiêm protein lạ, chất phóng xạ và kháng thể vào cơ thể người bệnh.
RIS có một vai trò quan trọng trong việc đánh giá các bệnh nhân với các kết quả nghiên cứu ban đầu. Ví dụ với một nang (cyst) hoặc một khối u ở vùng hố chậu, người ta có thể sử dụng RIS để phát hiện và chứng minh nó có phải là một ung thư buồng trứng hay không… .
RIS là một nghiệm pháp bổ sung để làm tăng khả năng phát hiện các dấu ấn ung thư (tumor marker) trong huyết thanh. Tuy nhiên, một kháng nguyên lý tưởng để phát hiện được trong huyết thanh là phải được giải phóng (tiết ra) dễ dàng từ các khối u như CEA, AFP, nhưng hầu hết các marker lại không tăng trong huyết thanh cho tận tới lúc khối u bị hoại tử. Trong khi đó đối với RIS thì kháng nguyên cố định tại khối u nên sẽ cho các kết quả đặc hiệu cao. Chẳng hạn trong ung thư trực tràng, RIS có thể giúp chúng ta phát hiện tốt các khối u nguyên phát hay thứ phát ngay cả khi CEA trong huyết thanh ở mức bình thường. Tuy nhiên các khối u có kháng nguyên trong máu tuần hoàn cao và ít ở khối u thì khó có hình ảnh đặc hiệu nếu ta sử dụng RIS.
RIS có vai trò quan trọng trong đánh giá giai đoạn sơ bộ ban đầu loại ung thư đã biết. Tuy nhiên, đối với các kháng nguyên tiết ra từ khối u như CEA thì sự tập trung của chúng ở các hạch lympho địa phương bình thường sẽ lớn hơn các hạch lympho có liên quan đến ung thư trực tràng.
RIS có vai trò quan trọng trong việc đánh giá lại các bệnh nhân sau khi điều trị các ung thư nguyên phát bằng phẫu thuật, đồng vị phóng xạ, hoá học hoặc kết hợp của các phương pháp điều trị này. RIS không có lợi ích lâm sàng trong việc phát hiện các hình ảnh di căn lớn đã quá rõ ràng khi được phát hiện bằng siêu âm hay CT. Nhưng nó đặc biệt có giá trị trong lâm sàng, như cần chứng minh rằng một khối (mass) xuất hiện trong hố chậu là một khối xơ sau phẫu thuật hay đó là một khối u ung thư tái xuất hiện sau điều trị, một hạch lympho to ra chứ không phải là khối di căn mới xuất hiện…
RIS có thể giúp chúng ta chứng minh các di căn có từ trước đã được khẳng định trong di căn da, màng bụng, sự tái xuất hiện của ung thư buồng trứng trong hố chậu, ở những nơi này thì CT, siêu âm ít có độ tin cậy, đặc biệt là các phương pháp này không khẳng định được sự tái xuất hiện của ung thư đại trực tràng và di căn tuỷ xương từ ung thư vú…
2.2.3. Ghi hình khối u bằng máy PET (ghi hình khối u theo nguyên tắc chuyển hoá).
PET (Positrron Emision Tomography) có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát hiện khối u ung thư cũng như theo dõi đánh giá kết quả của các phương pháp điều trị. Nếu như CT, MRT cung cấp hình ảnh giải phẫu rõ nét thì PET vừa cho chúng ta hình ảnh giải phẫu vừa cho hình ảnh chức năng chuyển hoá của khối u (ghi hình ở mức độ tế bào). Do vậy, nhìn chung ghi hình khối u bằng PET có độ nhạy và độ đặc hiệu cao hơn nhiều so với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác, đặc biệt là khả năng phát hiện các khối u ở giai đoạn rất sớm khi mà các phương pháp chẩn đoán khác chưa phát hiện thấy.
a. Nguyên lý cơ bản của ghi hình khối u bằng PET
Nguyên tắc cơ bản của ghi hình khối u bằng PET là cần phải có cơ chế tập trung một cách đặc hiệu dược chất phóng xạ (DCPX) đã lựa chọn. DCPX được lựa chọn dựa trên cơ sở những khác biệt về sinh lý học hoặc chuyển hoá giữa khối u và tổ chức bình thường.
Sự khác biệt về sinh lý học là khá rõ rệt trong hình ảnh của chúng, bao gồm sự khác biệt về phenotyp (kiểu hình) kháng nguyên bề mặt khối u so với tổ chức bình thường.
Một số những biến đổi thông thường về sinh lý có trong các khối u đã được sử dụng để ghi hình bằng PET, đó là: trong đa số các trường hợp, khối u thường phát triển rất nhanh so với tổ chức bình thường. Điều này có ý nghĩa là việc sử dụng các tiền thân (percursor) của DNA (như thymidine…) trong khối u thường tăng hơn nhiều so với tổ chức bình thường.
Thông thường, khối u thường có tốc độ tổng hợp protein cao hơn so với tổ chức lành, do đó việc vận chuyển và kết hợp nhiều typ amin acid trong tổ chức ung thư sẽ tăng lên so với tổ chức bình thường, nên trong thực tế 11C- methionine và 11C – tyrosine thường được sử dụng để ghi hình các khối u ung thư bằng PET.
Một điểm đặc biệt nữa là các khối u thường có hiện tượng tăng phân huỷ glucose kị khí và ưa khí hơn so với các tổ chức bình thường. Điều này có nghĩa là rất nhiều khối u có nhu cầu sử dụng glucose cao hơn tổ chức bình thường.
Bảng dưới đây tổng hợp một số thay đổi trong khối u và các DCPX tương ứng dùng để đánh dấu cho ghi hình PET. Bảng 1: Một số biến đổi sinh lý trong khối u và DCPX dùng trong ghi hình bằng PET
| Thay đổi sinh lý học trong khối u |
DCPX (Tracer) |
| Tăng sử dụng glucose |
18F – FDG , 11C – glucose |
| Tăng vận chuyển amino acid/ tổng hợp protêin |
11C – methionine,11C- ACHC, 11C- Tyrosine |
| Tăng tổng hợp DNA |
11C – thymidine, 11C-fluorodeoxyuridine |
| Giảm oxy vào khối u |
18F – fluoromisonidazole |
| Tăng biểu lộ receptor estrogen |
18F – b – estradiol |
| Tăng dòng máu tới khối u |
15O – H2O; 62Cu- PTSM |
| Tăng kháng nguyên |
18F gắn kháng thể đơn dòng kháng khối u |
| Tăng lưu giữ (duy trì) các thuốc hoá chất dùng cho điều trị |
5-18F – Fluorouracil; 11C – daunoubicin |
Hiện nay có nhiều DCPX dùng cho ghi hình PET, nhưng chất được sử dụng rộng rãi là 18F – FDG: 2 – (18F) fluoro – 2 deoxy – D – glucose
Cơ chế chuyển hoá của FDG trong tế bào ung thư
(Tế bào ung thư được nằm trong ranh giới của hình chữ nhật ở hình vẽ trên)
FDG đi vào tế bào ung thư qua đường máu, rồi được vận chuyển vào trong tế bào (K1), thông thường bởi chất vận chuyển glucose GLUT1. Sau đó FDG được phosphoryl hoá bởi hexokinase trong tế bào để thành FDG – 6 phosphat. Tỷ lệ (K4) của sự biến đổi FDG – 6P thành FDG là rất thấp.
b. Một số đặc điểm của ghi hình khối u ung thư bằng PET
Về nguyên tắc thì các hoạt động chuyển hoá trong các tổ chức ung thư thường xuất hiện trước những thay đổi về cấu trúc. Việc phát hiện những thay đổi về hoá sinh, chuyển hoá… trước những thay đổi về giải phẫu là có thể thực hiện được.
Như vậy, nếu ta sử dụng các chất ở bảng trên và đánh dấu chúng bằng các đồng vị phóng xạ phát positron, chúng sẽ theo dòng máu và tập trung chủ yếu tại các tổ chức có tế bào ung thư và tham gia vào các quá trình chuyển hoá, tổng hợp, biến đổi trong từng tế bào ung thư. Tại những nơi có tập trung các DCPX kể trên, sẽ có một sự chênh lệch rõ nét hoạt tính phóng xạ cao hơn tổ chức lành xung quanh (hình ảnh dương tính). Kết quả là chúng ta có một hình ảnh các tổ chức ung thư đặc hiệu ở giai đoạn rất sớm, thậm chí ngay cả khi các tế bào ung thư đang ở giai đoạn rối loạn chuyển hoá, chúng ta đã có thể thấy được hình ảnh của chúng. Điều này khác biệt so với chụp hình bằng CT, MRI … là tổ chức ung thư phải bị phá huỷ ở một mức độ đủ lớn thì các thiết bị này mới phát hiện được và mắt người mới nhận thấy được.
Kết quả của quá trình ghi hình bằng PET là có thể phát hiện các tế bào ung thư ở giai đoạn sớm và hình ảnh thu được mang đạm hình ảnh hình ảnh chức năng hơn là hình ảnh cấu trúc giải phẫu của tổ chức ung thư.
PET còn giúp đánh giá sớm, chính xác các đáp ứng điều trị ung thư. Những thay đổi này diễn ra sớm hơn và trước rất nhiều những thay đổi trong cấu trúc giải phẫu. Ngoài ra do ghi hình với PET theo nguyên tắc chuyển hoá nên rất có ích trong việc phân biệt một số tổ chức ung thư với một chức sẹo xơ, hoại tử… cũng như giúp phát hiện các ung thư tái phát sớm hơn rất nhiều so với những thay đổi về giải phẫu và thể tích khối u được phát hiện bằng các phương pháp ghi hình thông thường (X quang, CT, MRI…)
Về mặt kỹ thuật PET có thể ghi lại và tái tạo ảnh theo 3 chiều không gian. Độ dày một lớp cắt khoảng 3 – 4mm và có thể cắt theo 3 chiều (nằm ngang, chiều đứng trước – sau và phải – trái). PET có thể ghi hình toàn thân (quýet toàn thân) hoặc từng cơ thể.
Tóm lại ghi hình bằng máy PET có thể giúp chúng ta:
– Chẩn đoán sớm ung thư
– Phân loại giai đoạn ung thư
– Kiểm tra và đánh giá tái phát ung thư.
– Đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị
c. Một số khía cạnh kỹ thuật
Một trung tâm PET cần có:
– Cyclotron để sản xuất tại chỗ các đồng vịphóng xạ có đời sống ngắn
– Labo hoá dược phóng xạ để đánh dấu các hợp chất phóng xạ
– Đội ngũ kỹ thuật (bác sỹ, người điều khiển cyclotron, kỹ sư vật lý, dược sỹ hoá phóng xạ, kỹ thuật viên…)
Trong các cyclotron, nhờ việc bắn phá vào các bia (target) đặc hiệu sẽ tạo ra các hạt nhân phóng xạ phát positron như 18F, 11C, 15O…
Do các dược chất phóng xạ được đánh dấu với các positron có đời sống vật lý rất ngắn nên việc phân phối, vận chuyển tới nơi sử dụng phải rất nhanh. Vì vậy cyclotron cần phải đặt rất gần máy PET, hoặc 1 cyclotron phải đặt sao gần 2 ¸ 3 máy PET.
d. Một số chỉ định chính để ghi hình PET trong ung thư
Hầu hết các loại ung thư đều có thể ghi hình bằng máy PET
– Phát hiện và phân loại giai đoạn trước phẫu thuật cho ung thư phổi, ung thư đại trực tràng…
– Đánh giá ung thư sắc tố (melanoma) sau giai đoạn II.
– Nghiên cứu và phát hiện các hạch và u phổi dạng đặc.
– Phát hiện và phân loại trước mổ ung thư đầu, cổ
– Phát hiện và phân loại ung thư vú tái phát
– Chẩn đoán phân biệt giữa sẹo và ung thư tái phát hoặc giữa mô hoại tử và ung thư tái phát.
– Phát hiện và phân loại u não
– Phát hiện ung thư tái phát và di căn
– Đánh giá đáp ứng của khối u với các phương pháp điều trị
– Ghi hình (in vivo) tác dụng của thuốc…
- Sơ đồ minh hoạ ghi hình khối u bằng máy PET-CT
Ungthu.net.vn
“Ung thư là tên chung dùng để gọi một nhóm bệnh trên 200 loại khác nhau về nguồn gốc của tế bào, căn nguyên, tiên lượng và cách thức điều trị nhưng có những đặc điểm chung, đó là sự phân chia không kiểm soát được của tế bào, khả năng tồn tại và phát triển ở các cơ quan và tổ chức lạ.
“Bằng kỹ thuật đánh dấu phóng xạ với những liều lượng tuy rất nhỏ nhưng có thể ghi đo, theo dõi được các đồng vị phóng xạ đến tận cùng ở các mô và tế bào. Y học hạt nhân đã sáng tạo ra nhiều phương pháp thăm dò chức năng, định lượng và ghi hình rất hữu ích. Ghi hình phóng xạ đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại giá trị chẩn đoán rất sớm bởi vì (khác hẳn các phương pháp ghi hình y học khác như X quang, siêu âm, cộng hưởng từ) ghi hình phóng xạ mang đến không chỉ những thông tin về cấu trúc, hình thái mà còn những thông tin về chức năng. Thật vậy, các dược chất phóng xạ được hấp phụ vào các mô, tạng để ghi hình đã tập trung vào đó theo các cơ chế về hoạt động chức năng, chuyển hoá. Ta biết rằng các thay đổi chức năng thường xảy ra sớm hơn các thay đổi về cấu trúc. Vì vậy ngày nay các kỹ thuật SPECT, PET hay hệ liên kết SPECT/CT và PET/CT đã trở thành nhu cầu rất bức thiết cho các cơ sở lâm sàng hiện đại.
Talk Medical Việt Nam 