KQHT 6: PHÓNG XẠ SINH HỌC

1. Cơ sở vật lý2. Tác dụng của bức xạ

ion lên cơ thể sống3. Ứng dụng bức xạ vào y

học

* Hiện tượng phóng xạ là gì?

Là hiện tượng hạt nhân của nguyên tử tự biến đổi (tự phân rã) để trở thành hạt nhân của nguyên tố khác hoặc từ 1 trạng thái có mức năng lượng cao về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn.

* Hiện tượng phóng xạ là gì?

Trong quá trình biến đổi, hạt nhân phát ra tia có năng lượng cao gọi là tia phóng xạ hay bức xạ hạt nhân. Các dạng phân rã phóng xạ: β- , β+, α, γ

* CAÙC LOAÏI TIA PHOÙNG XAÏ

- Tia alpha(haït nhaân heâli): ñi vaøi mm trong khoâng khí,

- Tia beâta: (electron hay positron): ñi vaøi meùt trong khoâng khí,

- Tia gamma(photon): xuyeân qua ngöôøi deã daøng

* Quy luật phân rã phóng xạ

Số hạt nhân có tính phóng xạ sẽ giảm dần theo thời gian.

N = No . e-λ.t

N: số nhân phóng xạ ở thời điểm t, N0 : số nhân ở thời điểm ban đầu, λ: hằng số phân rã; t: thời gian.

* Quy luật phân rã phóng xạ Chu kỳ bán rã:

VD: T1/2 của 131I là 8,04 ngày, T1/2 của 60Co là 5,26 năm,

Hoạt độ phóng xạ: H = λN

693,02ln

21 T

CHU KY ØBAÙN RAÕ

Sau moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh, soá haït nhaân coù khaû naêng phaân raõ giaûm ñi coøn moät nöûa.

Khoaûng thôøi gian ñoù ñöôïc goïi laø chu kyø baùn raõ cuûa loaïi haït nhaân ñang xeùt, vaø ñöôïc kyù hieäu laø T1/2.

Ñoàng vò Chuïp hình Chu kyø baùn raõ Tc-99m Tim, phoåi, thaän….

6 giôøTl-201 Cô tim 78

giôøC-11 Naõo 20

phuùtIn-111 Naõo 67

giôøGa-67 Khoái u 78

giôøN-13 Tim 10

phuùtO-15 Nghieân cöùu Oxy 2

phuùtF-18 Ñoäng kinh 110

phuùtCo-60 Xaïtrò 5,3

naêmI-131 Xaïtrò tuyeán giaùp

8 ngaøy

Một số nguồn phóng xạ dùng trong y học

VÍ DỤ 1:

Ban đầu có 420(g) chất phóng xạ Coban , người ta đo được chu kì bán rã là T = 5,3(năm). Cho NA = 6,022.1023/ mol .

a. Hỏi sau 21,2 năm, số nguyên tử Coban còn lại bao nhiêu? Khối lượng Coban bị phân rã là bao nhiêu?

b. Sau bao lâu thì khối lượng Coban còn lại là 84(g)?

6027Co

VÍ DỤ 2

Urani có chu kỳ phân rã là 4,5.109 năm. a. Giả sử rằng tuổi của trái đất là 5 tỉ năm. Hãy tính lượng còn lại của 1g Urani kể từ khi trái đất hình thành.b. Tính độ phóng xạ của 1g Urani và độ phóng xạ của lượng còn lại sau thời gian 9 tỉ năm ra Béccoren

23892U

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆMCâu 1. Iot là chất phóng xạ với chu kỳ bán

rã là 8 ngày đêm. Lúc đầu có 10g, tính khối lượng chất iôt còn lại sau 8 tuần lễ

A. 8,7g B. 7,8g C. 0,087g D. 0,078gCâu 2. Chu kỳ bán rã của Ra226 là

1600năm. Nếu nhận được 10g rađi thì sau 6 tháng khối lượng còn lại là:A. 9,978g. B. 9,3425g. C. 9,9978g D. 9,8819g.

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆMCâu 3. Để xác định lượng máu trong bệnh

nhân người ta tiêm vào máu một người một lượng nhỏ dung dịch chứa đồng vị phóng xạ 24Na ( chu kỳ bán rã 15 giờ) có độ phóng xạ 2μCi . Sau 7,5 giờ người ta lấy ra 1cm3 máu người đó thì thấy nó có độ phóng xạ 502 phân rã/phút. Thể tích máu của người đó bằng bao nhiêu?A. 6,27 lít B. 6,54 lítC. 5,52 lít D. 6,00 lít

VD 1a. Số nguyên tử Co còn lại sau 21,2 năm:

=> N = 2,635.1023 (nguyên tử)- Khối lượng Coban bị phân rã sau 21,2 năm:

m =26,25 (g)= m0 - m = 420- 26,25 = 393,75(g)

b. Thời gian Côban còn lại 84(g):

t = T.ln5/ln2 = 12,306 (năm)

Tt

2

NeNN 0tλ

0 ACo

NA

.m

N 00

Tt

2

memm 0tλ

0

5mm

2 0Tt

5lnln2 .Tt

1. Cơ sở vật lý

1.1 Phân loại: phóng xạ được chia thành 2 loại + Tia phóng xạ có bản chất là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn (λ<100A) gồm tia Roentgen (tia X) và tia gamma (γ). + Tia phóng xạ có bản chất là hạt như hạt anpha (α), proton (p), notron (n), dòng điện tử (e-), dòng pozitron (e+)...

1.1 Phân loại:

- Các hạt nhân có nhiều hơn 126 notron và nguyên tử số lớn hơn 82 thì đều là những nguyên tố phóng xạ. -Có 4 họ phóng xạ là:

NpUUTh 23793

23592

23892

23290 Neptuni;Urani;Urani;Thôri

1.2 Sự hấp thụ năng lượng bức xạ qui luật giảm cường độ

+ Cho moät chuøm tia X song song ñi qua moät lôùp vaät chaát, moät soá photon seõ bò haáp thuï hay taùn xaï ra khoûi chuøm. Do ñoù soá haït trong chuøm seõ giaûm daàn.

+ Ñoái vôùi chuøm ñôn naêng E giöõa I0 vaø I có quan heä: I = I0.e-μ.x

1.2 Sự hấp thụ năng lượng bức xạ- qui luật giảm cường độ

Các tia phóng xạ khi vào cơ thể người có thể làm phá hủy các phân tử trong tế bào dẫn đến tổn thương hay hủy hoại tế bào

* CÖÔØNG ÑOÄ CUÛA CHUØM BÖÙC XAÏ

Neáu soá löôïng teá baøo bò huûy hoaïi lôùn, thì caùc moâ, cô quan coù theå bò hoûng, daãn ñeán beänh phoùng xa ïhay cheát ngöôøi. Ta goïi ñaây laø taùc duïng sinh hoïc cuûa böùc xaï. Cöôøng ñoä caøng lôùn, taùc duïng huûy hoaïi cuûa tia phoùng xaï caøng maïnh.

* Luật bình phương nghịch

Khoảng cách với nguồn xạ càng xa thì cường độ bức xạ càng giảm, biết khoảng cách sẽ tim được cường độ liều: I1(d1)2 =I2(d2)2

I1, d1: cường độ, khoảng cách mới

I2, d2: cường độ, khoảng cách cũ

Cường độ I tính bằng R/h, mR/h

* Nồng độ phóng xạ

Nồng độ phóng xạ là số xung đếm được của 1 đơn vị thể tích (ml) của dung dịch phóng xạ.

Nồng độ (C) và thể tích (V) có mối liên quan theo phương trình: C1 V1 = C2 V2

C1, V1 là nồng độ và thể tích cần tìm, C2, V2 là nồng độ và thể tích đã biết.

1.3 Liều lượng bức xạ Để đánh giá tác dụng của chùm tia ion hóa lên cơ thể sống, ta dùng một đại lượng gọi là liều lượng bức xạ. Có 2 loại

Trong y học: Liều hấp thụ và liều chiếu

Trong phóng xạ: liều tương đương và liều hiệu dụng

1.3.1. LIEÀU CHIEÁU Trong X quang, lieàu chieáu chæ ñöôïc

duøng cho böùc xaï laø photon có E < 3MeV.

TRong heä SI liều chiếu có đơn vị: C/kg. 1 C/kg = 3876 R.

1 C/kg seõ taïo ra trong khoâng khí:1 (C/kg) / 1,6.10-19 (C) = 6,25.1018 caëp ion/kg.

Ñoái vôùi khoâng khí, töø lieàu chieáu, ngöôøi ta coù theå tính ra lieàu haáp thuï vaø ngöôïc laïi.

1.3.1. LIEÀU CHIEÁU

Liều chiều khi vào làm việc trong vùng nổ bom nguyên tử là:

)(5 2,02

2,01

2,100

tttDD

t0: thời điểm đo suất liều D0

t1: thời gian khi nổ bắt đầu vào vùng nổ bom

t2: thời gian sau khi nổ đến khi làm việc xong

1.3.2. LIEÀU HAÁP THUÏTaùc duïng sinh hoïcï: naêng löôïng

haáp thuï trong moät kiloâgam vaät chaát.

Ñôn vò cuûa lieàu haáp thuï la øGray (Gy)1 Gy = 1 J/kg; 1Gy = 100rad

Lieàu haáp thuï phuï thuoäc vaøo loaïi böùc xaï; naêng löôïng cuûa haït; tính chaát cuûa moâi tröôøng maø haït ñi vaøo (xöông, thòt,.

1.3.2. LIEÀU HAÁP THUÏ Để tính liều haáp thuï ta dùng

công thức: cdHtk

D g2

Kg: Hệ số của đồng vị; H: hoạt độ phóng xạ; t: thời gian chiếu xạ; d: khoảng cách chiếu xạ, c: hệ số đặc trưng che chắn

c =1 khi không che chắnc = I/I0 khi có che chắn

1.3.3. LIEÀU TƯƠNG ĐƯƠNG

LiÒu tư¬ng ®ư¬ng = LiÒu hÊp thô x Q

- HÖ SI: Sievert (Sv) * Giá trị Q của một số loại bức xạ:- Tia X, γ, ®iÖn tö: 1- N¬tron nhiÖt: 5- Proton và neutron nhanh: 20- C¸c h¹t anpha: 20

1.3.4. LIEÀU HIỆU DỤNG

LiÒu hiÖu dông = LiÒu tư¬ng ®ư¬ng x W

- §¬n vÞ: Sv* Giá trị W của một số mô:- ThËn: 0,20- Phæi: 0,12- Gan: 0,05- Da: 0,01…

Các đơn vị đo lường phóng xạ

VD 1: Một nhân viên làm việc cách nguồn xạ 2m, với cường độ bức xạ 0,62mR/h. Để đảm bảo an toàn theo qui định, cường độ nơi làm việc không quá 0,25mR/h. Vậy người đó phải di chuyển vị trí làm việc đến

khoảng cách nào để đạt tiêu chuẩn an toàn

VD 2: Lấy từ dung dịch chuẩn 1ml pha thành 500ml. Sau đó lấy 2ml dung dịch đã pha để đo và được 15346 xung. Hỏi nồng độ phóng xạ trong 1ml chuẩn ban đầu là bao nhiêu?

VD 3: Một mẫu phóng xạ 131I lúc 8h sáng thứ hai đo được 10mCi, đến 2h chiều thứ sáu lấy dùng cho một bệnh nhân. Hỏi liều lúc đó còn bao nhiêu?

2. TÁC DỤNG CỦA BỨC XẠ ION HÓA LÊN VẬT CHẤT SỐNG

2.1 Cơ chế chung: 2 giai đoạnGiai đoạn hóa lý và giai đoạn sinh học

Giai đoạn này có thời gian tồn tại rất ngắn, từ 10-16 đến 10-6 giây. Trong giai đoạn này các phân tử sinh học chịu sự tác dụng trực tiếp hoặc tác dụng gián tiếp của tia phóng xạ.

Chiếu tia phóng xạ

Tác dụng gián tiếpTác dụng trực tiếp

H2O

Tạo ion và gốc tự do. Phân tử bị kích thích

Tác dụng lên các phân tử sinh học quan trọng và các cơ quan tử của tế bào

Rối loạn chuyển hóa và chức năng tế bào

Gây ra tổn thương hoặc tử vong

Giai đoạn hóa lý (10-16s)

Giai đoạn sinh học

O2

2.2 Các tổn thương ở cơ thể sinh vật dưới tác dụng của bức xạ ion hóa

2.2.1 Tổn thương mức độ phân tửCác phân tử bị tổn thương:

+ Ảnh hưởng đến sự phát triển và hoạt động của tế bào,

+ Giảm khả năng hoạt động chức năng mô. + Ảnh hưởng trực tiếp đến di truyền của tế

bào

2.2.1 Tổn thương mức độ phân tử- Giảm hàm lượng của một hợp chất hữu

cơ nhất định sau khi chiếu xạ so với trước lúc chiếu xạ

- Hoạt tính sinh học của phân tử hữu cơ bị suy giảm hoặc bị phá vở, tổn thương

- Tăng hàm lượng của 1 số chất có sẵn, Xuất hiện những chất lạ độc hại: H2O2, hitamin,…

2.2.2 Tổn thương mức độ tế bào, độ nhạy cảm

a.Tổn thương chức năng: Đột biến gen

+ 1R xác suất đột biến gen 10-8

+ 50200Rxác suất đột biến gen 2b. Tổn thương cấu trúc - Chết do tổn thương nặng ở nhân và

nguyên sinh chất.- Ngừng phân chia do tổn thương

chất liệu di truyền

b. Tổn thương cấu trúc

- Tế bào không phân chia được nhưng số nhiễm sắc thể vẫn tăng lên gấp đôi và trở thành tế bào khổng lồ.

- Tế bào vẫn phân chia thành hai tế bào mới nhưng có sự rối loạn trong cơ chế di truyền.

* Độ nhạy cảm của phóng xạ sinh học

ĐNCPX của sinh vật trên trái đất với mức độ tiến hóa khác nhau thì rất khác nhau.

Ở những loài tiến hóa càng cao, sự biệt hóa càng phức tạp thì có ĐNCPX càng cao.

Trong cùng một cơ thể, các tế bào và mô cũng có độ nhạy cảm phóng xạ khác nhau.

Độ nhạy cảm của phóng xạ sinh học

Để đánh giá ĐNCPX của sinh vật, dùng khái niệm liều bán tử vong; ký hiệu là LD50/30 là liều gây chết 50% động vật thí nghiệm trong 30 ngày theo dõi kể từ sau khi bị chiếu xạ.

ĐNCPX của sinh vật thể hiện: Loài nào có LD50/30 càng nhỏ thì độ nhạy cảm phóng xạ càng cao và ngược lại

2.2.3 Tổn thương ở các mô• Máu và cơ quan tạo máu: Biểu hiện lâm sàng: xuất huyết, phù,

thiếu máu. - Xét nghiệm máu cho thấy giảm số

lượng lympho, bạch cầu hạt, tiểu cầu và hồng cầu. Xét nghiệm tuỷ xương thấy giảm sinh sản cả 3 dòng, sớm nhất là dòng hồng cầu.

* Sự phát triển ở phôi thai:- Những bất thường có thể xuất hiện

trong quá trình phát triển phôi thai và thai nhi khi người mẹ bị chiếu xạ trong thời gian mang thai, đặc biệt trong giai đoạn đầu

- Các biểu hiện: xẩy thai, thai chết lưu, hoặc sinh ra những đứa trẻ bị dị tật bẩm sinh.

* Cơ quan sinh dục - Các tuyến sinh dục có độ nhạy cảm

cao với bức xạ. - Cơ quan sinh dục nam nhạy cảm với

bức xạ cao hơn cơ quan sinh dục nữ. - Liều chiếu 1Gy lên cơ quan sinh dục

có thể gây vô sinh tạm thời ở nam, - Liều 6 Gy gây vô sinh lâu dài ở cả

nam và nữ.

* Da:- Sau chiếu xạ liều cao thường thấy xuất

hiện các ban đỏ trên da, viêm da, xạm da.

- Các tổn thương này có thể dẫn tới viêm loét, thoái hoá, hoại tử da hoặc phát triển các khối u ác tính ở da.

* Hệ tiêu hoá:Làm tổn thương: tiêu chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng của cơ thể.

2.2.4 Tổn thương toàn thân: có 2 loại

1. Bệnh phóng xạ cấp tính: + Cơ thể bị chiếu toàn thân 1 liều lớn hoặc 1 liều không lớn lắm nhưng chiếu liên tiếp trong một thời gian ngắn+ Do tai nạn hạt nhân và điều trị phóng xạ quá liều

2.2.4 Tổn thương toàn thân

2. Bệnh phóng xạ mãn tính: + Cơ thể bị chiếu liều xạ nhỏ trong một thời gian dài+ Do nghề nghiệp phải thường xuyên tiếp xúc với chất phóng xạ

VD 1: Tronng phòng có 131I với hoạt độ 10mCi, đặt cách chỗ làm việc 1m. Nếu ngồi làm việc cách vị trí đó 1h sẽ bị liều hấp thụ là bao nhiêu? Nếu nguồn xạ nói trên bị che chắn bởi chì dày 5mm trong 1 giờ làm việc có thể bị liều hấp thụ là bao nhiêu? Biết k của I là 55,8.10-15Gym2/hBq,

VD 2: Sau vụ nổ bom nguyên tử 1,5 giờ, suất liều đo được là 50 R/h. Một kíp quân y phải làm việc 2 giờ sau khi nổ. Kíp này có thể làm việc trong bao lâu để liều chiếu không quá 20R?

2.4 Nguyên tắc kiểm soát và an toàn bức xạ

- Nhiệm vụ cơ bản của công tác an toàn phóng xạ là đảm bảo an toàn cho người sử dụng, người được sử dụng

-Tại các cơ sở điều trị ung thư bằng tia xạ, nguồn phóng xạ chủ yếu là nguồn kín (nguồn Coban-60, máy gia tốc...) thì vấn đề an toàn là đề phòng nguy cơ bị chiếu ngoài.

2.4 Nguyên tắc kiểm soát và an toàn bức xạ

- Tại các cơ sở y học hạt nhân, chúng ta tiếp xúc chủ yếu với các nguồn phóng xạ hở (dạng nước, dạng bột hay dạng khí).

- Khi làm việc với các nguồn phóng xạ hở phải đề phòng thêm nguy cơ bị các chất phóng xạ xâm nhập vào bên trong cơ thể (nhiễm xạ trong).

a) Các nguyên tắc làm việc với nguồn phóng xạ kín

- Là nguồn có kết cấu kín và chắc chắn không để chất phóng xạ lọt ra ngoài môi trường khi sử dụng,

- Bảo quản và cả khi vận chuyển các nguồn bức xạ kín như các nguồn Co60 , Cs137 , kim Radi để điều trị ung thư.

Cần tuân thủ các biện pháp:1. Giảm thời gian tiếp xúc với bức

xạ.+ Nhân viên thạo nghề là yếu tố quan

trọng để giảm thời gian tiếp xúc với phóng xạ.

+ Phải luyện tập thao tác rất thành thạo và chuẩn bị kĩ lưỡng trước khi bắt đầu công viêc tiếp xúc với phóng xạ.

2. Tăng khoảng cách từ nguồn tới người làm việc

+ Thường dùng các thiết bị thao tác từ xa:

+ Dùng người máy hoặc các thiết bị điều khiển tự động (máy xạ trị).

3. Che chắn bức xạ+ Khi không thể kéo dào khoảng cách

hơn nữa hoặc thấy chưa an toàn người ta dùng các tấm chắn để hấp thụ một phần năng lượng của bức xạ: Có 5 loại

Có 5 loại tấm chắn như sau: Tấm chắn dạng bình chứa: chủ yếu

dùng để bảo quản và vận chuyển chất phóng xạ trong trạng thái không làm việc.

Tấm chắn là thiết bị: bao bọc toàn bộ nguồn phát trong trạng thái làm việc của nhân viên và thường di động trong một vùng hoạt động lớn (tấm chì di động, gạch chì,...).

Tấm chắn di động: tấm chắn di động của BS Xquang

Tấm chắn bộ phận của các công trình xây dựng: tường, trần, cửa nhà của phòng máy phải được thiết kế đặc biệt để bảo vệ cho các phòng lân cận.

Màn chắn bảo hiểm cá nhân: áo chì, kính chì, quần áo, găng tay, ủng pha chì để bảo vệ nhân viên và bệnh nhân trong quá trình chẩn đoán và điều trị bằng tia xạ.

b) Các nguyên tắc làm việc với nguồn phóng xạ hở

1. Kỹ thuật an toàn bức xạ đối với nhân viên làm việc:

+ Giữ sạch sẽ tuyệt đối các diện tích làm việc. Rải giấy thấm trên mặt bàn khi thao tác với phóng xạ, để thấm ngay được chất phóng xạ rơi rớt.

+ Tuyệt đối không ngậm miệng hút các pipet, phải dùng một cách có hệ thống quy trình thao tác có khoảng cách.

+ Thao tác với phóng xạ phải giữ khoảng cách thích hợp, tận dụng các phương tiện cản tia và cất ngay nguồn vào kho sau khi thao tác xong.

+ Thay quần áo trong phòng sạch (không có hoạt tính) đã quy định. Không mang các đồ dùng cá nhân vào phòng thao tác với phóng xạ.

+ Không hút thuốc, không ăn uống tại các phòng có thao tác với chất phóng xạ.

+ Thực hiện các biện pháp kiểm tra: đếm số lượng các tế bào máu 6 tháng một lần; kiểm tra cách thao tác, kiểm tra mức độ sạch phóng xạ của quần áo, dụng cụ….

2. Bảo vệ bệnh nhânNhằm hạn chế liều ở mức thấp

nhất nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu chẩn đoán và điều trị. Cần tuân thủ các nguyên tắc:

+ Chỉ định đúng: cân nhắc kỹ, tránh những kiểm tra không cần thiết, tránh dùng chất phóng xạ cho phụ nữ có thai, nghi có thai hoặc đang cho con bú trừ khi có chỉ định lâm sàng bắt buộc.

2. Bảo vệ bệnh nhân

+ Chỉ dùng cho trẻ em khi không có biện pháp khác thay thế và hoạt tính phóng xạ phải giảm theo quy định.

+ Tận giảm liều chiếu: máy móc thiết bị chụp chiếu phải đảm bảo thông số kỹ thuật, đảm bảo chất lượng phim chụp,

+ Bảo vệ các cơ quan nhạy cảm với phóng xạ của cơ thể (tuyến sinh dục, thuỷ tinh thể, tuyến giáp, tuyến vú…)

+ Cần được che chắn bằng dụng cụ bảo vệ thích hợp (tạp dề cao su chì, găng tay cao su chì, áo choàng bảo vệ, bình phong chì) khi chụp chiếu.

+ Bệnh nhân cần nằm trong phòng riêng, buồng bệnh được rải chất liệu dễ tẩy rửa phòng khi bệnh nhân nôn hoặc đánh đổ chất phóng xạ ra nền nhà hoặc bàn ghế.

+ Bệnh nhân được phép ngoại trú, nếu: Tổng liều đưa vào dưới 30 mCi. Đo xạ cách bệnh nhân 1 m, suất liều

dưới 5 mR/h.

3. Ứng dụng bức xạ vào y học

Năng lượng của tia X+ Tia X: khoaûng vaøi keV ñeán

vaøi traêm keV, ñöôïc phaùt ra töø caùc lôùp trong cuûa nguyeân töû hay töø söï phaùt böùc xạ haõm

+ Tia gamma coù naêng löôïng khoaûng MeV, ñöôïc phaùt ra töø haït nhaân nguyeân töû.

Năng lượng của tia X

Tia X duøng trong y teá thöôøng ñöôïc chia laøm 3 loaïi:

+ loaïi beà maët: coù naêng löôïng töø 10 ñeán 125 keV;

+ loaïi trung bình: 125 ñeán 400 keVø

+ loaïi siêu điện áp có naêng löôïng treân 400 keV

Xạ trị bằng máy gia tốc

Chụp cắt lớp nhờ sự hỗ trợ của máy tính

Chụp cắt lớp nhờ sự hỗ trợ của máy tính

Chụp cắt lớp nhờ sự hỗ trợ của máy tính

Chụp cắt lớp nhờ sự hỗ trợ của máy tính