Ứng dụng của bức xạ ion hóa trong y học năm 2024

Bức xạ ion hóa là bức xạ mang đủ năng lượng để tách electron ra khỏi nguyên tử hay phân tử, tạo ra các ion điện tích dương và electron tự do phản ứng mạnh. Chúng bao gồm những bức xạ điện từ có tần số lớn hơn 1015 Hz cùng các mảnh và hạt nguyên tử di chuyển với tốc độ cao, ngang tốc độ ánh sáng với bức xạ điện từ (300.000 km/s) và 10 đến 98% với các hạt tùy vào năng lượng. Ở mức năng lượng rất cao, chúng thậm chí có thể tách cả proton và neutron, do đó phá vỡ hạt nhân của nguyên tử. Bức xạ ion hóa thường liên quan đến năng lượng hạt nhân, ở đó chúng là hiệu ứng phụ tiềm năng nguy hại và phải được theo dõi cũng như kiểm soát chặt chẽ; hay thứ khác là vũ khí hạt nhân khi chúng làm tăng tính chất tàn phá của vụ nổ hạt nhân.

Có thể phân bức xạ ion hóa thành hai nhóm là bức xạ điện từ (tia X và tia gamma) và bức xạ hạt bao gồm neutron và các hạt mang điện (hạt alpha và beta). Hạt alpha là hạt nhân heli điện tích dương bao gồm hai proton và hai neutron (α, He2+), có tốc độ cỡ một phần mười tốc độ ánh sáng. Chúng là những hạt mang điện nặng, ion hóa mạnh nhưng mất năng lượng nhanh và bị chặn bởi vài centimet không khí hay dưới một milimet nước. Hạt beta (β) là những electron hoặc positron sinh ra trong phân rã beta của những hạt nhân không bền, mang động năng trong khoảng 0,02 đến 8 MeV cùng tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Tia X là bức xạ điện từ sinh ra khi electron năng lượng cao đi xuyên qua vật chất. Tia gamma (γ) giống tia X về bản chất là bức xạ điện từ hay photon, nhưng khác ở nguồn gốc khi nó phát ra từ hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ và có năng lượng cao hơn. Không như các hạt alpha và beta, photon trung hòa điện nên không gây ion hóa trực tiếp mà gián tiếp qua các cơ chế như hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton, và sản xuất cặp.

Bức xạ ion hóa có ở hầu như khắp mọi nơi trong môi trường tự nhiên. Sinh vật sống bao gồm con người đều chứa hạt nhân phóng xạ 14C và 40K không ngừng phát bức xạ vào sinh vật và môi trường. Các nguồn bức xạ ion hóa tự nhiên đáng kể khác là tia vũ trụ, radon, đất đá. Bức xạ ion hóa còn đến từ các nguồn nhân tạo như thiết bị y tế, y học hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân, chất thải phóng xạ, bụi phóng xạ, máy gia tốc. Việc định lượng phơi nhiễm bức xạ khá phức tạp, một số đơn vị đo liên quan là becquerel và curie (đo độ hoạt động), gray và rad (đo lượng hấp thu), sievert và rem (đo lượng tương đương và lượng hiệu quả). Giác quan của con người không thể nhận biết bức xạ ion hóa nên để phát hiện và đo lường cần những công cụ như máy đếm Geiger-Muller. Bức xạ ion hóa có nhiều ứng dụng hữu ích, nhất là trong lĩnh vực y tế (ví dụ như tia X để tạo ảnh y khoa).

Kể từ khi biết đến bức xạ ion hóa (Wilhelm Röntgen khám phá ra tia X vào năm 1895), con người cũng gần như ngay lập tức biết đến những tác hại của nó đối với sức khỏe. Bức xạ ion hóa liều lượng cao có thể phá gãy cả hai sợi DNA, gây chết tế bào, trong khi bức xạ liều lượng thấp tiềm ẩn nguy cơ ung thư hoặc bệnh di truyền sau nhiều năm. Bên cạnh tác động trực tiếp là bẻ liên kết hóa học trong các phân tử phức tạp như protein và DNA, bức xạ ion hóa còn tác động gián tiếp qua việc ly giải nước trong tế bào thành các gốc hydro và hydroxil tự do cực kỳ phản ứng. Các gốc tự do này tương tác với những nguyên tử và phân tử, đặc biệt là DNA, gây biến đổi hóa học có hại. Hội chứng nhiễm xạ cấp tính xảy ra sau khi toàn bộ hay phần lớn cơ thể phơi nhiễm với lượng lớn bức xạ ion hóa (>1 Gy) trong thời gian ngắn, dễ dẫn đến những triệu chứng lâm sàng và tử vong. Trong nhiều trường hợp, ung thư là mối lo hàng đầu, leukemia (ung thư tế bào máu) có thể xuất hiện sau 2 đến 5 năm và các loại u rắn sau 10 năm hoặc hơn. Không có ngưỡng tiếp xúc nào là thực sự an toàn, dù vậy nên hạn chế tối đa tiếp xúc và nếu có thì luôn tiến hành những biện pháp để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu tác hại.

Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Thạc sĩ, Bác sĩ nội trú, Bác sĩ chuyên khoa I Trịnh Lê Hồng Minh - Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Central Park

Qua nhiều thập kỷ, bức xạ y khoa ngày càng được hiểu biết rõ hơn và một hệ thống an toàn về liều bức xạ đã được phát triển. Trong y khoa, các chất phóng xạ nhân tạo đã mang lại nhiều lợi ích to lớn, đặc biệt trong công tác chẩn đoán và điều trị bệnh.

Khi ứng dụng đồng vị phóng xạ trong các phương pháp chẩn đoán và điều trị y học, điều quan trọng là nhân viên y tế cần hiểu được khái niệm liều bức xạ, nhằm đảm bảo an toàn bức xạ cho bệnh nhân, đồng nghiệp và cho cộng đồng. Như vậy, mỗi người trước khi làm việc với chất phóng xạ cần hiểu được bản chất bức xạ ion hóa là gì, vai trò của chúng về mặt y sinh, nắm được khái niệm về liều bức xạ cũng như các biện pháp bảo đảm an toàn khi sử dụng bức xạ.

Liều bức xạ thể hiện tổng mức năng lượng bức xạ được hấp thụ bởi tế bào sống và khả năng gây ảnh hưởng sinh học lên cơ quan cục bộ cũng như toàn cơ thể sống. Đơn vị của liều bức xạ là Sievert (Sv), được đo bằng liều kế. Tuy nhiên, do Sv là một đơn vị đo lường bức xạ tương đối lớn, nên milliSievert (mSv) được dùng thông dụng hơn.

Khuyến cáo của ICRP (Uỷ ban Quốc tế về An toàn bức xạ) đã chỉ ra rằng, mọi tiếp xúc với chất phóng xạ vượt quá ngưỡng giới hạn bình thường nên được giữ ở mức độ tối thiểu. Hàng năm, khuyến cáo này được bổ sung bằng những chỉ số giới hạn liều được điều chỉnh định kỳ, nhằm giúp các công nhân làm việc trong điều kiện bức xạ nói riêng và toàn dân nói chung phòng tránh nguy cơ bị quá liều bức xạ.

Tại những nơi làm việc chuyên biệt như nhà máy điện hạt nhân, bệnh viện hay những nơi ứng dụng tia X để làm công tác nghiên cứu và sản xuất, người ta phải đeo một liều kế nhỏ để liên tục xác định mức phóng xạ trong môi trường.

Tại những nơi làm việc chuyên biệt như nhà máy điện hạt nhân, bệnh viện, người ta phải đeo một liều kế nhỏ để liên tục xác định mức phóng xạ trong môi trường

2. Giới hạn liều bức xạ đối với con người là bao nhiêu?

2.1. Đối với nhân viên bức xạ

Theo khuyến cáo từ ICRP, mức giới hạn bức xạ đối với nhân viên bức xạ không nên vượt quá 50 mSv/năm, đồng thời liều trung bình trong 5 năm liên tục không được vượt quá 20 mSv. Đối với phụ nữ mang thai làm việc trong điều kiện bức xạ, giới hạn liều an toàn cần được áp dụng là 2 mSv. Liều bức xạ được quy định để đảm bảo rằng rủi ro nghề nghiệp đối với công nhân làm việc trong môi trường phóng xạ không cao hơn rủi ro nghề nghiệp đối với đại đa số các ngành công nghiệp khác (những ngành được xem là an toàn nói chung).

2.2. Đối với công chúng

Giới hạn liều bức xạ đối với người dân nói chung thấp hơn đối với người lao động. Theo ICRP, mức bức xạ an toàn đối với công chúng không nên cao hơn 1 mSv/năm.

2.3. Đối với bệnh nhân

Đôi khi bệnh nhân phải tiếp xúc trực tiếp với rủi ro bức xạ từ phương pháp chẩn đoán và điều trị được chỉ định. Khi chụp X-quang, bác sĩ phải dùng liều cao hơn nhiều lần so với giới hạn an toàn bức xạ cho công chúng. Đối với xạ trị, liều bức xạ có thể tăng lên gấp hàng trăm lần so với mức liều khuyến cáo cho công nhân. Tuy nhiên, ICRP không đưa ra khuyến cáo về giới hạn liều đối với bệnh nhân. Nguyên nhân là vì năng lượng bức xạ được dùng trong y khoa là để xác định bệnh và để chữa trị cho bệnh nhân, do đó hiệu quả điều trị được xem là quan trọng hơn, ngay cả khi nhân viên y tế buộc phải dùng đến liều cao.

ICRP không đưa ra khuyến cáo về giới hạn liều đối với bệnh nhân

3. Vai trò của bức xạ trong y khoa

Năng lượng bức xạ được ứng dụng đặc biệt trong y khoa, cụ thể là ngành y học hạt nhân. Đây là một chuyên ngành y tế mà trong đó nhân viên y tế sử dụng các chất phóng xạ vào mục đích chẩn đoán và điều trị các bệnh.

Trong chẩn đoán y khoa, hệ thống ghi lại bức xạ phát ra từ bên trong cơ thể và được gọi là phương thức hình ảnh sinh lý. Hai phương thức chẩn đoán hình ảnh phổ biến nhất trong y học hạt nhân là chụp cắt lớp phát xạ đơn photon (SPECT) và chụp cắt lớp phát xạ positron.

Trong quá trình thực hiện, dược phẩm phóng xạ được đưa vào trong cơ thể, thường là qua đường tiêm tĩnh mạch hoặc đường uống. Sau đó, kỹ thuật viên sử dụng các máy dò bên ngoài để chụp và tạo thành hình ảnh, thu được do bức xạ phát ra từ các chất mang phóng xạ.

So với chẩn đoán, điều trị bằng bức xạ phải dùng liều lớn hơn, vì vậy ảnh hưởng của phóng xạ lên các mô lành cũng cao hơn nhiều, đặc biệt trong xạ trị ung thư. Đây là một trong những khó khăn và hạn chế của các phương pháp điều trị bằng đồng vị phóng xạ. Tuy nhiên, bức xạ y khoa vẫn là phương pháp điều trị hữu hiệu được áp dụng với rất nhiều trường hợp trong thực tế lâm sàng.

Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec là một trong những bệnh viện không những đảm bảo chất lượng chuyên môn với đội ngũ y bác sĩ giàu kinh nghiệm, hệ thống trang thiết bị công nghệ hiện đại mà còn nổi bật với dịch vụ khám, tư vấn và chữa bệnh toàn diện, chuyên nghiệp; không gian khám chữa bệnh văn minh, lịch sự, an toàn và tiệt trùng tối đa.

Nếu có nhu cầu tư vấn và thăm khám tại các Bệnh viện Vinmec thuộc hệ thống Y tế trên toàn quốc, Quý khách vui lòng đặt lịch trên website để được phục vụ.

Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số hoặc đặt lịch trực tiếp . Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng.

Bài viết này được viết cho người đọc tại Sài Gòn, Hà Nội, Hồ Chí Minh, Phú Quốc, Nha Trang, Hạ Long, Hải Phòng, Đà Nẵng.