Ứng dụng kỹ thuật PET và PET/CT trong lâm sàng

Tình hình ứng dụng kỹ thuật PET và PET/CT trên thế giới và ở Việt Nam. Kỹ thuật PET (Chụp cắt lớp bằng bức xạ positron: Positrron Emision Tomography)) được phát triển từ giữa những năm 1970 và đã trở thành một công cụ nghiên cứu hữu hiệu trong lâm sàng và thực nghiệm.

Tuy nhiên, việc ứng dụng vào lâm sàng lại diễn ra rất chậm chạp vì sự phức tạp, khó khăn và giá thành cao trong sản xuất và cung cấp các đồng vị phóng xạ (ĐVPX) phát positron ngắn ngày để dùng cho máy PET.

PET và PET/CT là kỹ thuật hiện đại, tiên tiến giúp ích rất nhiều cho ung thư, tim mạch, thần kinh, tâm thần và vì lợi ích to lớn của nó nhất là đối với ung thư. Số lượng máy PET và PET/CT ở các nứơc tiên tiến lên hàng trăm hoặc hàng ngàn (như Hoa Kỳ, Nhật bản, Đức nhiều bệnh khác, nên 10 năm gần đây kỹ thuật PET và PET/CT phát triển nhanh chóng, Hàn quốc, Trung quốc...). Các nước trong khối ASEAN như Singapore, Thái Lan, Philippin, Malaysia... đều có các trung tâm PET. Người ta đang phấn đấu để tính trung bình có 1 ÷ 3 máy PET cho 1 triệu dân.

Bảng 1: Số lượng máy PET và PET/CT trên thế giới (tính đến 2008)

Nước	PET/CT	PET	Tổng số
Hoa Kỳ	1,400	400	1800
Ngoài Hoa Kỳ	700	400	1100
	2100	800	2900

Như vậy có thể thấy Hoa Kỳ là nước hàng đầu trên thế giới ứng dụng kỹ thuật PET và PET/CT vào lâm sàng. Trong khi đó chỉ một số nước trong khu vực Châu á có máy PET/CT nhưng với số lượng rất thấp. Chẳng hạn, tính đến năm 2008 thì tại Singapore có 4 máy PET/CT, Malaysia: 6, Thailand: 3, Philippines: 1, Vietnam: 2.

Dự kiến trong những năm tới số các nước có máy PET/CT sẽ ngày càng tăng lên và nhu cầu các chuyên khoa lâm sàng cần đến chỉ định của PET/CT cũng ngày càng tăng lên.

Ở Việt Nam, năm 2009 chúng ta đã có 2 máy PET/CT đi vào hoạt động, dự kiến đến cuối năm 2009 sẽ có thêm khoảng 2 máy PET/CT nữa được lắp đặt và đi vào hoạt động.

Dự kiến đến năm 2020 sẽ phát triển các kỹ thuật chụp PET/CT ở hầu hết các trung tâm khu vực, thành phố trực thuộc trung ương. Đồng thời sẽ lắp đặt thêm các máy gia tốc vòng (cyclotron) để sản xuất ĐVPX cho các máy PET.

1. Tình hình phát triển và sử dụng máy gia tốc vòng (Cyclotron) trên thế giới và ở Việt Nam

Một yêu cầu bắt buộc cho quá trình ghi bằng máy PET là phải có các cyclotron (máy gia tốc vòng) để sản xuất các đồng vị phóng xạ phát positron.

Với những lợi ích to lớn về kinh tế, xã hội do máy Cyclotron đem lại, đã từ lâu ở các nước phát triển và gần đây ở hầu hết các nước khác trên thế giới đã trang bị máy Cyclotron sử dụng trong y tế và các ngành kinh tế quốc dân khác.

Riêng khu vực châu á, tính đến tháng 9/2007 mới có 276 máy cyclotron dùng cho máy PET, trong đó Nhật bản là 150 máy; Trung Quốc: 73; Hàn Quốc: 24; Úc: 9; Hồng Công: 9; Philipin: 1…

Ở Việt Nam, hiện đã có 2 cyclotron đi vào hoạt động (một ở Hà Nội, một ở thành phố Hồ Chí Minh), vào cuối năm 2009 sẽ có thêm khoảng 2 cyclotron sẽ được lắp đặt và đưa vào sử dụng ở Hà Nội, như vậy tổng số cyclotron sẽ có lên 4 máy, trong đó có một cyclotron công suất 30 Mev.

Trên thị truờng hiện nay phổ biến nhất là các loại Cyclotron 10 MeV, 18 MeV và 30 MeV. Các loại nhỏ hơn 10 MeV và lớn hơn 70 MeV ít được sử dụng. Các loại rất lớn (trên 200 MeV)chỉ sử dụng ở các cơ sở dùng kỹ thuật điều trị bằng các hạt nặng.

Cần chú ý là các Cyclotron có công suất nhỏ hơn 18 MeV thường chỉ cho phép sản xuất ĐVPX F-18, O-15, N-13, C-11.... Muốn sản xuất được các ĐVPX khác có giá trị rất cao trong chẩn đoán bằng SPECT và điều trị như Tl-201, Ga-67, I-123, In-111....cần phải có các Cyclotron công suất từ 30 MeV trở lên. Qua tính toán của các chuyên gia loại Cyclotron công suất 18 MeV là có hiệu quả kinh tế và kỹ thuật nhất vì đủ cung cấp DCPX cho khoảng 5 máy PET. Loại nhỏ hơn sẽ bất lợi về kinh tế, loại lớn hơn tuy có thể sản xuất đựoc các DVPX dùng cho SPECT nhưng cần có nhiều máy PET sử dụng các DCPX (dược chất phóng xạ) do Cyclotron đó sản xuất ra.

Hiện nay đã có một số hãng, công ty chế tạo được các cyclotron để sản xuất các hạt nhân phóng xạ phát positron để dùng cho máy PET.

Bảng 2. Một số loại máy gia tốc vòng (cyclotron) để sản xuất các hạt nhân phóng xạ phát positron

Hãng sản xuất	Kiểu máy	Chùm tia hạt		Dòng điện  (µA)	Số lượng hạt nhân
		Loại	Năng lượng  (keV)
CTIa	RDS – 111	H+	11	50	4
CTIa	RDS - 112	H+	11	50	2 x 8b
IBA	Cyclone 10/5	H+ / 2 H+	10 / 5	60 / 35	8
IBA	Cyclone 18/9	H+ / 2 H+	18 / 5	80 / 35	8
GEa	MINItrace	H+	9,6	50	4
GE	PETtrace	H+ / 2 H+	16,5 / 8,5	75 / 60	6
EBCO	TR 13/19	H+ / 2 H+	13,19 / 9	150	2 x 4c

Có rất nhiều các đồng vị phóng xạ được dùng cho máy PET nhằm mục đích chẩn đoán và ứng dụng đa dạng cho lâm sàng

Bảng 4. Một sốđồng vị phóng xạ dùng cho máy PET: thời gian bán hủy và hoạt độ riêng (SA)

Hạt nhân	Thời gian bán hủy (phút)	Hoạt độ riêng (SA) (Ci/µmol)
82Rb	1,20	150.400
15O	2,07	91.730
122I	3,62	51,912
62Cu	9,76	19.310
13N	10,0	18.900
11C	20,4	9.220
94mTc	52,0	3.614
68Ga	68,3	2.766
77Br	96,0	1.960
18F	110	1.710
66Ga	567	331
64Cu	768	245
86Y	884	213
124I	6048	31

Bảng 5: Một số đồng vị phóng xạ (ĐVPX) thường dùng cho máy PET

ĐVPX	T1/2 (phút)	Sản phẩm
Carbon-11	110	14N(p,a)11C
Nitrogen-13	10,0	16O(p,a)13N
Oxygen-15	2.1	14N(d,n)15O
Fluorine-18	110	18O(p,n)18F (F-)  20Ne(d,a)18F (F2)
Gallium-68	68	Con của Ge-68 (271 ngày)
Rubidium-82	1.27	Con của Sr-82 (25 ngày)

Máy PET và máy gia tốc vòng - Cyclotron để sản xuất các đông vị phóng xạ có đời sống ngắn

3. Một số ứng dụng của PET và PET/CT trong lâm sàng

Ngày nay PET và PET/CT được ứng dụng lâm sàng nhiều nhất trong thần kinh học, tim mạch học và ung thư học.

Trong thần kinh học và tâm thần học, PET (khi sử dụng FDG: 18F-deoxyglucose) được ứng dụng để chẩn đoán và đánh giá bệnh động kinh, chứng mất trí nhớ (Bệnh Alzheimer)... Trước đây phương pháp chẩn đoán chứng mất trí nhớ đòi hỏi phải có nhiều cách đánh giá, tốn kém và kéo dài nhiều năm. PET giúp chẩn đoán phân biệt sớm cho bệnh Alzheimer và các chứng mất trí khác.


Ghi hình PET trong bệnh Alzheimer (hình ảnh giảm chuyển hóa)
 
Các ứng dụng của PET và PET/CT trong tim mạch học là ghi hình tưới máu cơ tim và đánh giá sự sống còn của cơ tim. Ghi hình tưới máu cơ tim với PET có độ nhạy lớn hơn ít nhưng độ đặc hiệu lớn hơn đáng kể so với kỹ thuật SPECT. FDG-PET đối với đánh giá sự sống còn của cơ tim làm tăng tỷ lệ phần trăm biểu hiện bệnh lý cơ tim về chứng thiếu máu cục bộ hoặc đánh giá sau ghép tim. FDG-PET cũng được chấp nhận rộng rãi là một tiêu chuẩn vàng đối với đánh giá sự sống còn của cơ tim...


Bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim trước vách và được đặt stent cấp cứu ở nhánh chéo đầu tiên ở động mạch xuống trước trái. Chụp mạch cho thấy dòng chảy phía sau stent bình thường. FDG PET cho thấy không có dấu hiệu cơ tim còn sống ở vách tim ngoại vi do nhồi máu cơ tim cũ. Phân tích độ dày và chuyển động của vách tim trên cửa sổ CT cho thấy vách cơ tim mỏng và giảm vận động của vách trước
 
Do FDG được hấp thu bằng các bạch cầu hoạt hóa và các đại thực bào ở các vị trí viêm nên trong nhiễm trùng và hội chứng viêm, các tỷ số thực đích/ ngoài đích thực nghiệm đối với FDG-PET tăng lên rất nhanh chóng so với Ga-67 citrate. Nhiều công trình nghiên cứu lâm sàng trên y văn cho thấy FDG-PET là một phương pháp đầy hứa hẹn đối với chẩn đoán và xác định vị trí nhiễm trùng, viêm đang hoạt động và sốt không rõ nguyên nhân (FUO).


(Sốt không rõ nguyên nhân.

- Nhiễm khuẩn

- Viêm

- Khối u

FDG-PET chẩn đoán ra 25-69% trường hợp bệnh nhân mắc các bệnh này)

PET và PET/CT có tác dụng đặc biệt đối với ung thư. Các phương pháp chẩn đoán hình ảnh như chụp cắt lớp vi tính (CT), cộng hưởng từ (MRI), siêu âm... chỉ phát hiện và đánh giá được các tổn thương đã có những thay đổi về cấu trúc, giải phẫu, mật độ của tổ chức. Vì vậy các phương pháp này thường gặp khó khăn hoặc dễ bỏ sót các tổn thương có đường kính < 1cm. Trong khi đó chụp hình toàn thân bằng PET và PET/CT có thể phát hiện các bất thường về chuyển hoá, ghi được những hình ảnh bệnh lý sớm, còn nhỏ khi chưa có thay đổi cấu trúc. Ở các bệnh nhân ung thư, sau phẫu trị, xạ trị, hoá trị các tổn thương có thể bị biến dạng, thay đổi cấu trúc nên hình ảnh CT, MRI có nhiều hạn chế trong việc xác định tổ chức còn sót, không phân biệt được tổ chức xơ hoá với tái phát, di căn... Kỹ thuật PET cho phép khắc phục nhược điểm đó của CT và MRI. Vì vậy độ nhạy, độ đặc hiệu để chẩn đoán ung thư của PET cao hơn rất nhiều các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác. Do vậy hiệu quả kinh tế, xã hội của PET và PET/CT là rất rõ rệt.
PET/CT rất có giá trị trong việc lập kế hoạch điều trị cho các máy gia tốc và các thiết bị xạ trị khác.

4. Ghi hình khối u bằng máy PET (Ghi hình khối u theo nguyên tắc chuyển hoá) và PET/CT

- Ứng dụng đặc biệt quan trọng của PET là phát hiện khối u ung thư cũng như theo dõi sự tái phát ung thư, 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. Do vậy, nhìn chung ghi hình khối u bằng PET có độ nhạy và độ đặc hiệu cao hơn nhiều so với các ph­ơng pháp chẩn đoán hình ảnh khác, đặc biệt là khả năng phát hiện các khối u ở giai đoạn rất sớm khi mà các ph­ơng pháp chẩn đoán khác ch­ưa phát hiện thấy.

- Ghi hình với máy PET là phương pháp ghi hình ở mức độ tế bào và mức độ phân tử

4.1. 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 này dựa trên cơ sở những khác biệt về sinh lý học hoặc chuyển hoá giữa khối u và tổ chức bình thường.

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.

Nếu sử dụng các chất chuyển hoá trong khối u và đánh dấu chúng bằng các đồng vị phóng xạ phát positron (được sản xuất bởi máy gia tốc vòng-cyclotron), chúng sẽ theo dòng tuần hoàn 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 (tổ chức bệnh lý hay khối u ung thư), sẽ có một sự chênh lệch rõ nét hoạt độ phóng xạ cao hơn tổ chức lành xung quanh.

Hình ảnh thu đư­ợc sẽ là hình ảnh các tổ chức ung thư­ đặc hiệu ở giai đoạn rất sớm, thậm chí ngay khi các tế bào ung thư­ đang ở giai đoạn rối loạn chuyển hoá cũng có thể thấy đư­ợc hình ảnh của chúng. Điều này là khác biệt so với chụp hình bằng CT, MRI... là tổ chức ung thư­ phaỉ 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.

Như vậy, hình ảnh ghi được bằng PET với các DCPX thích hợp có thể giúp chúng ta phát hiện ở giai đoạn rất sớm và chính xác các khối u ung thư so với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác như CT, MRI...và hình ảnh thu đư­ợc mang đậm hình ảnh chức năng hơn là hình ảnh cấu trúc gỉai phẫu.

Cơ chế tập trung các dược chất phóng xạ vào tế bào ung thư trong ghi hình PET:

- Trong đa số các tr­ường hợp: khối u th­ư­ờng phát triển rất nhanh so với tổ chức bình thư­ờng, do đó việc sử dụng các tiền thân (percursor) của DNA (nh­ư thymidine...) trong khối u th­­ường cao hơn nhiều so với tổ chức bình th­­ường. Nếu dùng 11C (được sản xuất bởi các cyclotron) gắn với thymidine (11C - thymidine) để ghi hình, thì những nơi có tổ chức ác tính sẽ tập trung nhiều thymidin và đồng nghĩa với điều đó sẽ có nhiều C-11 (11C), máy PET sẽ dễ dàng phát hiện sự tập trung bất thường của 11C, kết quả là trên hình ghi chúng ta sẽ có một vùng tăng hoạt độ phóng xạ (11C) và mắt thường có thể dễ dàng nhìn thấy được.

- Khối u ác tính th­ường có tốc độ tổng hợp protein cao hơn so với tổ chức lành xung quanh, do đó việc vận chuyển, sử dụng và kết hợp nhiều typ amin acid (ví dụ methionine, tyrosine ... ) trong tổ chức ung thư sẽ tăng lên so với tổ chức bình thư­ờng, nên nếu gắn C-11 với những acid amin này (11C- methionine, 11C - tyrosine ...) thì chúng sẽ tập trung chủ yếu tại khối u, tức là hoạt độ phóng xạ (C-11…) sẽ tăng cao hơn so với tổ chức xung quanh.

- Các khối u th­ường có hiện tư­ợng phân huỷ glucose kị khí và ­ưa khí hơn so với các tổ chức bình th­ường, do đó các khối u có nhu cầu sử dụng glucose cao hơn tổ chức bình thường. Nếu gắn glucose với 18F (18F -FDG) hoặc 11C (11C-Glucose) thì các dược chất phóng xạ này sẽ tập trung tại các khối u ác tính nhiều hơn tổ chức lành.

Như vậy để ghi hình khối u, người ta thường phải sử dụng nhiều loại dược chất phóng xạ, mà 18F -FDG chỉ là một trong số đó. Việc sử dụng DCPX nào để ghi hình với máy PET là tuỳ thuộc vào đặc điểm, tính chất… loại tế bào ung thư. Do đó, rất có thể là ghi hình với DCPX này (ví dụ với FDG…) là âm tính (không phát hiện được tổn thương), nhưng lại dương tính(phát hiện được tổn thương) với DCPX khác (ví dụ với 11C-Methionine…). Do đó để ghi hình phát hiện ung thư cần phải có các Cyclotron có công suất đủ lớn để sản xuất đủ các đồng vị phóng xạ.

PET còn giúp đánh giá sớm, chính xác các đáp ứng điều trị ung thư. 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). Đặc biệt PET có thể ghi hình toàn thân hoặc từng phần cơ thể.

Một số biến đổi trong khối u và một số DCPX dùng trong ghi hình bằng PET


4.2. Ghi hình với PET/CT

Ghi hình với máy PET/CT là một trong những kỹ thuật ghi hình hiện đại nhất hiện nay. Với cách kết hợp này chúng ta sẽ tận dụng những ưu điểm của CT và của PET.

· Kết hợp máy PET với CT - Scanner tức là ghép 2 loại đầu dò trên một máy và dùng chung hệ thống ghi nhận l­ưu giữ­ số liệu và các kỹ thuật của máy tính.

· Do bệnh nhân đồng thời vừa đ­ược chụp CT vừa đư­ợc chụp PET, nên hệ thống này cho phép ghép chồng hình ảnh của CT và xạ hình (PET) lên nhau.

· Sự phối hợp hình ảnh trên đã giúp chẩn đoán bệnh ở giai đoạn rất sớm, chính xác, tăng độ nhạy, độ đặc hiệu của kỹ thuật PET/CT nhờ có đư­ợc đồng thời hình ảnh cấu trúc gỉai phẫu của CT và hình ảnh chức năng chuyển hoá của PET.

Như vậy ghi hình với PET/CT sẽ cho hình ảnh kết hợp của:

· CT: với hình ảnh cấu trúc gỉai phẫu rõ nét, và đóng vai trò như một khuôn mẫu định dạng các tổ chức giải phẫu chính xác ở vị trị cần nghiên cứu và cần chẩn đoán.

· PET: với hình ảnh chức năng, các tổn th­ương đ­ược phát hiện rất sớm với độ nhạy cao. PET có độ nhạy và độ đặc hiệu cao trong   phát hiện tổn thư­ơng, đặc biệt trong ung th­ư.


4.3. Một số chỉ định ghi hình PET trong ung thư

Ghi  hình bằng máy PET giúp:

- Chẩn đoán sớm ung thư­

- Phân loại giai đoạn ung thư

- Phát hiện và đánh giá tái phát, di căn ung th­ư.

- Đánh giá hiệu qủa của các ph­ương pháp điều trị

Giá trị của PET trong việc quyết định phương pháp điều trị

PET có vai trò quan trọng trong việc đưa ra các pháp pháp điều trị đúng, do vậy người ta thấy có tới 89-96% bệnh nhân sẽ có đ­ược quyết định phương pháp điều trị đúng sau khi làm PET.

PET có vai trò lớn trong việc làm thay đổi phương pháp điều trị theo hướng tối ưu cho người bệnh. Có tới 45-60% bệnh nhân đã bị thay đổi phương pháp điều trị sau khi làm PET

PET giúp dự báo sớm kết qủa điều trị và đáp ứng điều trị của một hay nhiều phương pháp điều trị:

- Thông thường sau 1 hoặc 2 chu kỳ điều trị bằng hóa chất hay bằng các phương pháp điều trị khác (xạ trị, xạ phẫu…) người ta thường chỉ định làm PET hoặc PET/CT. Chẳng hạn sau 1 chu kỳ điều trị hoá chất, nếu ghi hình PET cho kết quả dương tính (+), nghĩa là hình ảnh tổn thương vẫn còn hoặc không thay đổi hoặc thậm chí lớn hơn thì có tới 90% trường hợp sẽ bị tái phát, như vậy người thầy thuốc sẽ có cơ sở để thay đổi phác đồ hóa chất đó hoặc thay bằng phương pháp điều trị khác để có hiệu quả điều trị tốt hơn, tránh được lãng phí, độc hại… cho người bệnh. Nhưng nếu hình ảnh PET âm tính (-), nghĩa là không thấy hình ảnh khối u hoặc biến mất… thì có tới hơn 85% trường hợp bệnh sẽ thuyên giảm và chúng ta có thể tiếp tục phác đồ đang dùng sẽ mang lại hiệu quả điều trị tốt cho bệnh nhân.


PET định hướng cho điều trị hóa chất

5. Vấn đề sàng lọc ung thư bằng PET và PET/CT

PET và PET/CT có giá trị to lớn trong việc phát hiện sớm ung thư, tái phát, di căn do ung thư, đánh giá kết quả điều trị... Ngoài ra người ta cũng sử dụng kỹ thuật PET để sàng lọc phát hiện ung thư với FDG (Cancer Screening with FDG-PET). Về mặt khoa học là hoàn toàn có cơ sở và trong thực tế nhiều nước đã áp dụng nhất là các ở các nước phát triển như Nhật Bản....

Hiện nay thiết bị PET/CT đã được trang bị tại Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu Bệnh viện Bạch Mai và đã sẵn sàng đưa vào ứng dụng thực tế. Với đội ngũ chuyên khoa có kinh nghiêm, nó sẽ mang lại nhiều lợi ích không chỉ cho bệnh nhân của BV BV Bạch Mai mà còn cho các bệnh nhân các nơi khác.