Chất phóng xạ và ứng dụng trong y tế

1. Tổng quan về chất phóng xạ.

1.1 Chất phóng xạ là gì?

Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi thành một hoặc một số nguyên tử khác và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Chất chứa các hạt nhân nguyên tử không bền được coi là chất phóng xạ.

Phóng xạ được nhà khoa học người Pháp tên là Henri Becquerel phát hiện vào năm 1896 khi làm việc với vật liệu phát quang. Những vật liệu này phát sáng trong bóng tối sau khi tiếp xúc với ánh sáng, và ông nghi ngờ rằng sự phát sáng được tạo ra trong ống tia âm cực bởi tia X có thể liên quan đến hiện tượng lân quang. Ông bọc một tấm ảnh bằng giấy đen và đặt nhiều loại muối phát quang lên đó. Tất cả các kết quả đều âm tính cho đến khi ông sử dụng muối urani. Các muối urani làm cho đĩa bị đen đi mặc dù đĩa được bọc trong giấy đen. Những bức xạ này được đặt tên là “Tia Becquerel”.

Hiện tượng phóng xạ

radioactivity and radiation rays. Close-up of radioactive atom, and particle. Vector illustration.

Phân rã phóng xạ là một quá trình ngẫu nhiên ở cấp độ các nguyên tử đơn lẻ. Theo lý thuyết lượng tử, không thể dự đoán khi nào một nguyên tử cụ thể sẽ phân rã, bất kể nguyên tử đó đã tồn tại bao lâu. Tuy nhiên, đối với một số lượng đáng kể các nguyên tử giống hệt nhau, tốc độ phân rã tổng thể có thể được biểu thị dưới dạng hằng số phân rã hoặc chu kỳ bán rã. Chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ khác nhau là khác nhau, có những nguyên tố có chu kỳ bán rã gần như tức thì, trong khi có những nguyên tố có chu kỳ bán rã lên tới cả tỷ năm như Uranium-238.

Ba trong số các loại phân rã phổ biến nhất là phân rã alpha, phân rã beta và phân rã gamma, tất cả đều liên quan đến việc phát ra một hoặc nhiều hạt hoặc photon.

  • Phân rã alpha xảy ra khi hạt nhân phóng ra một hạt alpha (hạt nhân heli).
  • Phân rã beta xảy ra theo 2 cách: (1) Phân rã beta trừ  khi hạt nhân phát ra một electron và một phản neutrino trong một quá trình biến đổi một neutron thành một proton, (2) Phân rã cộng beta, khi hạt nhân phát ra một positron và một neutrino trong một quá trình thay đổi một proton thành một neutron, quá trình này còn được gọi là phát xạ positron.
  • Phân rã gamma, khi một hạt nhân phóng xạ đầu tiên bị phân rã bởi sự phát xạ của một hạt alpha hoặc beta. Hạt nhân con thường ở trạng thái kích thích và nó có thể phân rã xuống trạng thái năng lượng thấp hơn bằng cách phát ra photon gọi là tia gamma.

1.2 Đơn vị phóng xạ:

Để đánh giá một chất phóng xạ phát xạ mạnh hay yếu người ta sử dụng đại lượng Hoạt độ phóng xạ (A) tiếng Anh là Activity, với đơn vị trong hệ Quốc tế (SI) là Bq (đọc là becquerel). Một Bq được định nghĩa là 1 phân rã trong 1 giây, tức là trong 1 giây có 1 biến đổi hạt nhân trong chất phóng xạ đó. Ví dụ hoạt độ một chất Cs-137 là 370MBq tức là trong 1 giây chất đó sẽ thực hiện 370 triệu biến đổi hạt nhân, đồng nghĩa 370 triệu phân rã.

Trong thực tế người ta cũng sử dụng đơn vị Hoạt độ phóng xạ là Ci (Curie) với quy đổi là: 1Ci = 3,7x(10 mũ 10) Bq.

1.3 Liều phóng xạ:

Để thể hiện mức độ tương tác của bức xạ với vật chất, mức độ nguy hiểm, mức độ rủi ro mà các tia bức xạ có thể gây ra cho đối tượng mà nó đi qua, người ta sử dụng các đại lượng Liều phóng xạ (Dose). Có 3 loại liều phóng xạ với các ý nghĩa khác nhau.

Liều hấp thụ (D): Là năng lượng được hấp thụ trên một đơn vị khối lượng. Trước hết cần biết là Liều hấp thụ là NĂNG LƯỢNG. Đơn vị của nó là Jun/kg, nhưng trong lĩnh vực này, người ta gọi đơn vị Liều hấp thụ là Gray (Gy) = Jun/kg.

Liều tương đương (Equivalent Dose): Là Liều hấp thụ nhân với Trọng số bức xạ. Liều tương đương là liều hấp thụ nhưng tính thêm mức độ nguy hiểm khác nhau của từng loại tia bức xạ khác nhau. Mỗi tia bức xạ có mức độ nguy hiểm khác nhau và nó được quy ước với các trọng số khác nhau: ví dụ trong số bức xạ tia X và gamma là 1, tia beta là 1, tia alpha là 20. Tức là nếu một mô cơ thể bị chiếu xạ alpha thì mức độ nguy hiểm cao hơn 20 lần nếu bị chiếu bởi tia X.

Liều tương đương cũng có thứ nguyên là Jun/kg, nhưng được gọi là Sv (Sievert). Kết quả hiện thị trên các máy đo liều bức xạ chính là Liều tương đương. Kết quả đọc liều kế cá nhân hàng quý cũng chính là Liều tương đương.

Liều hiệu dụng (Effective Dose): Là liều tương đương nhân với Trọng số mô. Liều hiệu dụng chính là Liều hấp thụ (D) nhưng đã tính tới Trọng số bức xạ và Trọng số mô, tức là đã xem xét tới loại tia bức xạ gì chiếu vào và chiếu vào cơ quan nào trong cơ thể. Trong cơ thể, mỗi một mô có độ nhạy cảm bức xạ khác nhau nên người ta quy ước mức độ nhạy cảm đó bằng các trong số, ví dụ theo ICRP103 (người đọc có thể gõ từ này vào google search để tìm trọng số mô của từng mô) thì trọng số mô của cơ quan sinh dục là 0.08 mà với da chỉ có 0.01 tức là bức xạ đi vào cơ quan sinh dục sẽ nguy hiểm hơn gấp 8 lần chiếu lên da người.

Đơn vị của Liều hiệu dụng cũng là Sv. Liều hiệu dụng chính là đại lượng để sử dụng đánh giá toàn bộ rủi ro lên con người.

2. Ứng dụng của chất phóng xạ trong y tế.

Ngay từ khi phát hiện ra chất phóng xạ và tia X, việc sử dụng nó vào phục vụ đời sống đã liên tục được khám phá và phát triển. Đến nay chất phóng xạ đã được sử dụng khắp mọi nơi mà chính những người sử dụng nó còn không biết sự hiện diện của nó, ví dụ như các đầu báo khói trong hệ thống phòng cháy chữa cháy trong các hộ gia đình đang sử dụng một lượng nhỏ nguồn phóng xạ Am-241. Y tế chính là một lĩnh vực ứng dụng mạnh mẽ nhất bức xạ và đồng vị phóng xạ. Có 4 lĩnh vực:

2.1 X-quang chẩn đoán hình ảnh:

Chẩn đoán hình ảnh bằng tia X không sử dụng chất phóng xạ nhưng sử dụng tia X có tính chất giống tia gamma phát ra từ một số chất phóng xạ. Đây là phương pháp đã được sử dụng rất sớm sau khi nhà khoa học Ronghen phát hiện ra tia X.

Phương pháp chụp ảnh tia X này dựa trên sự suy giảm của cường độ tia X theo mật độ của vật chất nó xuyên qua để tạo nên các hình ảnh có độ đen (độ đậm nhạt) khác nhau.

Nguyên lý chụp X-quang

Máy chụp X-quang

2.1.2 Y học hạt nhân:

Y học hạt nhân là một chuyên ngành y tế sử dụng các đồng vị phóng xạ, hoặc các dược phẩm phóng xạ để chẩn đoán, quản lý, điều trị và nghiên cứu một số căn bệnh liên quan đến ung bướu.

a. Y học hạt nhân chẩn đoán

Bệnh nhân được đưa chất phóng xạ (dược chất phóng xạ) vào cơ thể bằng cách, nuốt hoặc tiêm thuốc phóng xạ. Sau khi đưa chất phóng xạ vào cơ thể, bệnh nhân nằm xuống bàn có các thiết bị ghi đo tín hiệu. Các thiết bị này sẽ tập trung vào khu vực có nhiều chất phóng xạ giúp bác sĩ đánh giá được các tình trạng bệnh lý. Các loại kỹ thuật hình ảnh có sử dụng chất phóng xạ bao gồm chụp cắt lớp phát xạ positon (PET) và chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn photon (SPECT). Chụp cắt lớp PET và SPECT có thể cho biết tình trạng hoạt động hay một số bất thường của các cơ quan bên trong cơ thể.

Các ứng dụng phổ biến nhất của SPECT (hay SPECT/CT) là giúp chẩn đoán hoặc theo dõi các rối loạn não, xương cũng như các vấn đề về tim mạch. Còn kỹ thuật PET hay PET/CT là phương pháp chẩn đoán có giá trị và hiệu quả được ứng dụng phổ biến trong một số bệnh lý ung thư, tim mạch, thần kinh và nhiễm trùng.

Máy PET/CT

Máy PET/CT chụp ảnh y học hạt nhân

b. Y học hạt nhân điều trị

Là việc đưa các chất phóng xạ (dược chất phóng xạ) vào trong cơ thể, sử dụng các tia bức xạ của chất phóng xạ đó tiêu diệt các khối u từ bên trong cơ thể.

Ví dụ như iốt phóng xạ (I-131) đã được sử dụng trong hơn 50 năm để điều trị ung thư tuyến giáp và cường giáp. Hiện nay, I-131 cũng được sử dụng để điều trị ung thư hạch không Hodgkin và đau nhức xương từ một số loại ung thư.

Một kỹ thuật mới đang được triển khai đó là điều trị ung thư gan bằng hạt vi cầu phóng xạ, đây là phương pháp đưa trực tiếp hạt vi cầu phóng xạ YTTRIUM-90 (Y-90) vào động mạch nuôi khối u gan. Các hạt vi cầu phóng xạ sẽ đi theo các nhánh động mạch nhỏ và phân bố khắp trong khối u, làm tắc các mạch máu nuôi khối u gan. Ngoài ra, bức xạ với mức năng lượng thấp do Y-90 phát ra có quãng chạy trong tổ chức ngắn sẽ tiêu diệt chọn lọc các tế bào ung thư, làm xơ hóa các mạch máu nuôi khối u. Kết quả, làm giảm thể tích khối u hoặc tiêu diệt khối u trong gan mà ảnh hưởng rất ít đến tổ chức lành chung quanh.

2.1.3. Xạ trị

Xạ trị là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều trị ung thư. Phương pháp này sử dụng các hạt hoặc photon có năng lượng cao như: tia X, tia Gamma, các chùm tia điện tử, proton… để tiêu diệt hoặc phá hỏng các tế bào ung thư. Các chùm tia có thể được định hướng rất chính xác đến bất kỳ khu vực nào của cơ thể bằng máy móc tinh vi.

Các máy được sử dụng phổ biến nhất được gọi là máy gia tốc tuyến tính (hoặc gọi là máy Linac). Tia X được gia tốc năng lượng cao và được chuẩn trực điều biến liều lượng định hướng vào các vị trí cần điều trị mà gây ra tác hại đến các mô lành ít nhất.

Xạ trị bằng máy gia tốc tuyến tính

Xạ trị bằng máy gia tốc tuyền tính Linac

Công ty TNHH thiết bị và dịch vụ AE

Đại diện: Chu Minh Dương

Phone: 0983 374 983

Email: duongcm@ae-rad.vn

Website: AE-Radioactive.com

Bình luận

0983 374 983