Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ PMRI

Máy chụp cộng hưởng từ MRI Magnetic Resonance Imaging là một kĩ thuật chuẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng từ trường và sóng radio dựa trên nguyên lí ảnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

TRẦN THỊ VÂN

TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH

CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Sư phạm kĩ thuật

Người hướng dẫn khoa học

GV TRẦN QUANG HUY

HÀ NỘI, 2013

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của

mình tới GV Trần Quang Huy, người đã hướng dẫn tận tình và thường

xuyên động viên chúng em trong quá trình hoàn thiện đề tài Người đã dànhcho em sự giúp đỡ ưu ái nhất trong thời gian học tập, nghiên cứu cũng nhưquá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý trường Đại học sưphạm Hà Nội 2, người đã dạy dỗ, tạo điều kiện và đóng góp ý kiến để chúng

em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và người thân luôn

cổ vũ, động viên, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05 Năm 2013

Sinh viên

Trần Thị Vân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khóa luận này được hoàn thành do sự cố gắng tìmhiểu nghiên cứu của bản thân cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình và hiệu

quả của GV Trần Quang Huy cũng như các thầy cô trong khoa Vật lý –

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Và đây cũng là đề tài không trùng với các

đề tài khác

Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Người thực hiện

Trần Thị Vân

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH 3

CỘNG HƯỞNG TỪ 3

1.1 Khái niệm MRI 3

1.2 Lịch sử phát triển của MRI 3

1.3 Ưu nhược điểm của MRI 4

1.4 Ứng dụng của MRI 4

1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI tại Việt Nam 8

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 9

2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 9

2.1.1 Khái quát chung 9

2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW 15

2.2 Tìm hiểu nguyên lí 16

2.2.1 Cộng hưởng từ 16

2.2.2 Từ tính của cơ thể 22

2.2.3 Khung quay tham chiếu 26

2.2.4 Sự phục hồi 28

2.2.4.1 Trọng số 28

2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi 31

2.2.4.3 Sự không đồng nhất khi mất mát nguồn tín hiệu 32

2.2.5 Quy trình làm việc 33

2.2.6 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu và tỉ số tương phản trên nhiễu 34

CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI . 35

3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ 35

3.2 Sơ đồ khối của hệ thống tạo ảnh MRI 36

3.2.1 Từ trường 36

3.2.2 Các loại nam châm 37

3.2.3 Gradient 37

3.2.4 Máy tính 37

KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Imaging

Ảnh cộng hưởng từ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú bằng phương pháp MRI

Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch bằng phương pháp MRI

Hình 1.3: Phim chụp xương khớp bằng phương pháp MRI

Hình 1.4: Phim chụp tủy sống bằng phương pháp MRI

Hình 2.2: Mô tả kích thích hạt nhân (cộng hưởng từ) và quá trình dãn (bức xạnăng lượng dưới dạng tín hiệu RF)

khi dãn theo trục dọc

là véctơ từ hóa

Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ giữa thời gian T1, T2 với mức độ từ hóa và cường độ tín hiệu trên phim chụp

Hình 2.5: Kim la bàn dưới tác động của từ trường

Hình 2.6: Spin của hạt nhân

Hình 2.8: Các spin được hiển thị bằng các mũi tên

Hình 2.9: Sự ảnh hưởng của sóng vô tuyến đến sự tiến động của hạt nhân

tại tần số Larmor

Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu và độ tương phản trong chai chứa thạch

Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trên một trục thời gian (từ trái sang phải) Hình 3.1: Cấu tạo của máy chụp cộng hưởng từ MRI

Hình 3.2: Sơ đồ khối của hệ thống tạo ảnh MRI

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong những năm gần đây cùng với sự bùng nổ của cách mạng côngnghệ thông tin, ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển vớitốc độ nhanh nhất Kĩ thuật điện tử đã thâm nhập và được ứng dụng rộng rãitrong mọi lĩnh vực của đời sống

Trong lĩnh vực y tế, nhờ có kĩ thuật điện tử mà công việc chuẩn đoán

và điều trị đã đạt được nhiều thành tựu to lớn Các máy điện tim, điện não,các máy X- quang, máy siêu âm, máy chụp cộng hưởng MRI … đã có ở cácbệnh viện để giúp các bác sĩ trong việc chuẩn đoán, điều trị và chăm sóc sứckhỏe cho con người

Máy chụp cộng hưởng từ MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) là một

kĩ thuật chuẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng

từ trường và sóng radio dựa trên nguyên lí ảnh cộng hưởng từ MRI Phươngpháp này không sử dụng tia X và an toàn cho bệnh nhân Máy chụp cộnghưởng từ là một thiết bị nhạy cảm và đa năng giúp ta thấy hình ảnh các lớpcắt của các bộ phận của cơ thể từ nhiều góc độ trong một thời gian ngắn

Chụp cộng hưởng từ là một kỹ thuật nhanh gọn không gây ra ảnhhưởng phụ, là một phương pháp chuẩn đoán hình ảnh hiện đại , hiệu quả vàphổ biến trên thế giới Ngày nay MRI được sử dụng để kiểm tra gần mọi cơquan trong cơ thể não hoặc dây cột sống

Trong khóa luận này em tìm hiểu “ Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI” nhằm nâng cao được tầm hiểu biết và tiếp cận sâu hơn với kĩ thuật điện

Nghiên cứu về máy chụp ảnh cộng hưởng MRI trong thực tế.

5 Cấu trúc khóa luận

Nội dung cấu trúc luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về tạo ảnh cộng hưởng từ Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI

Chương 3: Máy chụp cộng hưởng từ MRI

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH

CỘNG HƯỞNG TỪ

1.1 Khái niệm MRI

MRI là đưa cơ thể vào vùng từ trường mạnh để đồng hòa chiều chuyểnđộng của các nguyên tử hydro trong các phân tử nước của cơ thể và một ăng-ten thu phát sóng vô tuyến tần số thấp (tần số vô tuyến này được thay đổitrong vùng từ trường ổn định của nam châm chính tùy theo mục đích khảo sátcủa sự phân biệt mỡ, nước ) Được sử dụng để gửi tín hiệu đến cơ thể gặpcác nguyên tử hydro của cơ thể, sau đó nhận lại tín hiệu về chiều chuyển độngcủa các nguyên tử này, tín hiệu của ăng-ten được truyền về trung tâm máytính xử lí tín hiệu số sau đó các tín hiệu được truyền về máy tính điều khiển

và các hình ảnh cấu trúc cơ thể được mô phỏng tại đây

Chụp cộng hưởng từ hay MRI ( Mangenetic Resonance Imaging ) làmột kỹ thuật chuẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sửdụng từ trường và sóng radio Phương pháp này không sử dụng tia X và antoàn cho bệnh nhân Máy chụp cộng hưởng từ là thiết bị nhạy cảm và nănggiúp ta thấy hình ảnh các lớp cắt của các bộ phận cơ thể từ nhiều góc độ trongkhoảng thời gian ngắn

Chụp cộng hưởng từ là một phương pháp chuẩn đoán hình ảnh hiệnđại hiệu quả là phổ biến trên thế giới Ngày nay, MRI được sử dụng để kiểmtra gần như mọi cơ quan trong cơ thể Kĩ thuật này đặc biệt có giá trị trongviệc chụp ảnh chi tiết não hoặc dây cột sống Kể từ khi MRI mang lại hìnhảnh 3 chiều, bác sĩ có thể nắm được địa điểm thương tổn những thông tin nhưvậy rất có giá trị trước khi phẫu thuật.

1.2 Lịch sử phát triển của MRI

Quá trình phát triển của MRI bắt đầu từ những năm 50 của thế kỉ trước,Felix Bolch và Edward Purcell, hai nhà khoa học được giải Noben vật lý năm

1952 đã phát hiện ra hiện tượng cộng hưởng từ vào năm 1946 và từ năm 1950 đến năm 1970 cộng hưởng từ đã được ứng dụng và phát triển rộng rãi.

Đến năm 1970, nền tạo ảnh y học thế giới đã có sự thay đổi đáng kể với

sự công bố kết quả nghiên cứu của tiến sĩ Raymond Damidian Ông phát hiện

ra cấu trúc cơ thể người bao gồm phần lớn là nước và đó là chìa khóa cho ứngdụng tạo ảnh cộng hưởng trong y tế Sau đó tiến sĩ Damidian và các cộng sự

đã tiếp tục nghiên cứu miệt mài trong vòng 7 năm và đã thiết kế chế tạo rachiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiên dùng trong việc tạo ảnh y tế của cơ thểngười Đến năm 1980, chiếc máy chiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiênđược đưa vào sử dụng Đến năm 1987 Cardiac MRI được đưa vào sử dụngcho việc chuẩn đoán các bệnh về tim mạch Đến năm 1993 fMRI (FunctionalMRI) dùng để chuẩn đoán các chức năng và hoạt động của não bộ

Kĩ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ MRI hiện đã trở thành một phươngpháp phổ thông trong y học chuẩn đoán hình ảnh Các thiết bị MRI đầu tiênứng dụng trong y học xuất hiện vào đầu những năm 1980 và cho đến năm

2002 đã có gần 22000 camera MRI được sử dụng trên toàn thế giới, mỗi năm

có gần 60 triệu ca chuẩn đoán bằng MRI và phương pháp này vẫn đang pháttriển nhanh

1.3 Ưu và nhược điểm của MRI

- MRI cho phép tạo ra các điểm bất thường ẩn sau các lớp xương mà các phương pháp tạo ảnh khác khó có thể nhận ra.

- MRI có thể cung cấp một cách nhanh và chuẩn xác hơn so với tia X trong việc chuẩn đoán các bệnh về tim mạch

- Không phát ra các bức xạ có hại cho con người

1.4 Ứng dụng của MRI trong y tế

Chụp cộng hưởng từ MRI giúp chuẩn đoán các bệnh lý:

+ Một số trường hợp chấn thương sọ não

+ Các bệnh lý mãn tính hệ thần kinh như xơ hóa rải rác

+ Chuẩn đoán các khối u lồng ngực

+ Đánh giá chính xác giai đoạn của các khối ung thư

- Tuyến vú

+ Cộng hưởng từ là phương tiện rất nhạy trong phát hiện và chuẩn đoán ung thư tuyến vú ở giai đoạn sớm

+ Phân biệt ung thư vú lành và ung thư vú ác

+ Đánh giá các giai đoạn của khối u

+ Theo dõi ung thư vú sau khi điều trị và phẫu thuật hoặc xạ trị

- Tim

Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú bằng phương pháp MRI

+ Đánh giá cấu trúc và chức năng cơ tim, van tim, mạch máu lớn

+ Giúp ước lượng mức độ hồi phục sau điều trị của bệnh tim

Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch bằng phương pháp MRI

+ Chuẩn đoán các bệnh lý tinh hoàn và túi tinh ở nam.

+ Các bệnh lý mạch máu như phình động mạch, tắc hẹp động mạch

- Chụp cơ, xương, khớp

+ Chuẩn đoán các bệnh lý về khớp như thoái hóa khớp hoặc viêm khớp+ Chuẩn đoán các u xương khớp, các cơ

+ Các bệnh lý nhiềm trùng hay tụ máu cơ, xương khớp

Hình 1.3: Phim chụp xương khớp bằng phương pháp MRI

- Cột sống

+ MRI được xem là phương tiện chuẩn đoán tốt các trường hợp đau cột sống cổ, ngực, thắt lưng

+ Chuẩn đoán các bệnh tủy sống, viêm tủy

Hình 1.4: Phim chụp tủy sống bằng phương pháp MRI

1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI tại Việt Nam

Ngày 14/7/1996 tại Medic Hà Nội khánh thành máy MRI đầu tiên tạiViệt Nam với sự hiện diện của GS Trần Văn Giàu, máy MRI hiệu ToshibaAccess loại mở Máy MRI này đã hoạt động khi mà người bệnh còn chưa sẵnsàng xét nghiệm kĩ thuật này vì quá mới, giá cao bác sĩ chưa biết rõ chỉ địnhnào cần chụp MRI

Đội ngũ bác sĩ chuẩn đoán sử dụng cộng hưởng từ MRI được đào tạotại Singapore, Mã Lai và Mỹ dần tạo được uy tín và nhu cầu chuẩn đoán vớiMRI trong lĩnh vực não và cột sống, làm nền cho hai chuyên khoa này pháttriển Nhu cầu chụp MRI tăng lên cao, chiếc máy MRI thứ 2 ra đời ở bệnhviện Việt Xô và sau đó là bệnh viện Chợ Rẫy rồi phổ biến ra toàn quốc

Hiện tại, mỗi ngày máy MRI chụp 50 bệnh nhân với nhiều kĩ thuật nhất

là cột sống và não bộ

Sau 10 năm phát triển (1996 – 2006) từ 1 máy lên 23 máy người bệnhViệt Nam không phải ra nước ngoài chụp MRI nữa, giúp người bệnh có đượcchất lượng điều trị cao và chi phí chữa trị rẻ

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI

2.1.1 Khái quát chung

Chúng ta đều biết mọi vật đều được cấu tạo từ nguyên tử Hạt nhânnguyên tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton mang điện tích +1) và cácneutron (không mang điện tích) Quay quanh hạt nhân là các electon (mangđiện tích âm) Trong nguyên tử trung hòa điện tích, số proton của hạt nhânbằng đúng số electon của nguyên tử đó Tất cả các tiểu thể này đều chuyểnđộng Neutron và proton quay quanh trục của nó, electon quay quanh hạt nhân

và quay quanh trục của nó Sự quay của các tiểu thể nói trên quanh trục củachúng tạo ra một momen góc quay gọi là spin Ngoài ra, các hạt mang điệntích khi chuyển động sẽ sinh ra các từ trường Vì proton có điện tích dương vàquay nên nó tạo ra một từ trường, giống như một thanh nam châm nhỏ, gọi làmomen từ ( hình 1) Nhờ các đặc tính như vậy nên khi đặt vật thể vào một từtrường mạnh, vật thể đó có khả năng hấp thụ và bức xạ lại các xung điện từ ởmột tần số cụ thể Khi hấp thụ, trong vật thể đó diễn ra hiện tượng cộnghưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnectic Resonance: NMR) Tần số cộnghưởng của các vật thể mô thường nằm trong dải tần của sóng vô tuyến(radiofrequency: RF) Còn khi bức xạ, các vật thể đó cũng phát ra các tín hiệu

vô tuyến (Hình 2)

Cơ thể chúng ta cấu tạo chủ yếu là nước (60-70%) Trong thành phầncủa phân tử nước luôn có nguyên tử hidro Về mặt từ tính, nguyên tử hidro làmột nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton Do đó, nó cómột momen từ lớn Từ điều này dẫn đến một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạtđộng của các nguyên tử hidro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của môtrong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó Mặtkhác, trong cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lí đều dẫn đến sự thay đổiphân bố nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi sovới mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình được các thương tổn

Ứng dụng của nguyên lí này, MRI sử dụng một từ trường mạnh và một

hệ thống phát các xung có tần số vô tuyến để điều khiển hoạt động của hạtnhân nguyên tử, mà cụ thể là hạt nhân nguyên tử hidro có trong phân tử nướccủa cơ thể, nhằm bức xạ năng lượng dưới dạng tín hiệu có tần số vô tuyến.Các tín hiệu này sẽ được một hệ thống thu nhận và xử lí điện toán để tạo rahình ảnh của đối tượng vừa được đưa vào từ trường đó

Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ gồm có 4 giai đoạn như sau:

+ Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân Mỗi proton trong môi trường vậtchất đều có một momen từ tạo ra bởi spin (xoay) nội tại của nó Trong điềukiện bình thường, các proton sắp xếp một cách ngẫu nhiên nên momen từ củachúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra để ghi nhận được.Khi đặt cơ thể vào máy chụp MRI, dưới tác động của từ trường mạnh củamáy, các momen từ của proton sắp hàng song song cùng hướng hoặc ngượchướng từ trường Tổng tất cả các momen từ của proton lúc này được gọi làvéctơ từ hóa thực Các véctơ từ hóa sắp hàng song song cùng chiều với hướngcủa từ trường máy có số lượng lớn hơn các các véctơ từ hóa sắp hàng ngượcchiều và chúng không thể triệt tiêu cho nhau hết Do đó hướng của véctơ từhóa thực có hướng của véctơ từ trường máy Đó là trạng thái cân bằng Trạngthái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận Khi trạng tháicân bằng bị xáo trộn thì sẽ có tín hiệu được hình thành Ngoài ra sự sắp hàngtheo hướng của từ trường máy, các proton còn có chuyển động đảo(Precession), tức là quay quanh trục của từ trường máy Chuyển động đảo làmột hiện tượng vật lí sinh ra do sự tương tác giữa từ trường và động lượngquay của proton Chuyển động đảo giống như hiện tượng con quay, nó làmcho proton không đứng yên mà đảo quanh trục của từ trường ngoài (Hình2.1) Tần số của chuyển động đảo nằm trong dải tần số của tín hiệu RF vàđược xác định bằng phương trình Larmor Khi phát xung RF cùng tần số vớiproton đang chuyển động đảo thì proton hấp thụ năng lượng xung tạo ra hiệntượng cộng hưởng từ hạt nhân

18

Hình 2.1: Mô tả một proton có momen từ  được đặt trong từ trường ngoài

+ Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân Sau giai đoạn sắp hàng hạt nhân,các cuộn phát tín hiệu của máy phát ra các xung điện từ ngắn (đo bằng minigiây) gọi là xung có tần số vô tuyến (xung RF) Vì các xung phát ra có tần số

RF tương đương với tần số cộng hưởng của proton nên một số năng lượng sẽđược proton hấp thụ Sự hấp thụ năng lượng này sẽ đẩy véctơ từ hóa làmchúng lệch khỏi hướng của véctơ từ trường máy Hiện tượng này gọi là kíchthích hạt nhân (Hình 2.2)

Hình2.2: Mô hình kích thích hạt nhân (cộng hưởng) và quá trình dẫn

(bức xạ năng lượng dưới dạng tín hiệu RF)

Có hai khái niệm quan trọng trong xử lí tín hiệu đó là từ hóa dọc, songsong với từ trường của máy và từ hóa ngang, vuông góc với từ trường của máy.

Từ hóa dọc là hiện tượng từ hóa do ảnh hưởng của từ trường máy Đóchính là trạng thái cân bằng như đã trình bày ở trên Trạng thái này duy trìcho đến khi có một xung RF tác động làm cho véctơ từ hóa bị lệch khỏihướng của véctơ từ trường máy Khi phát xung RF, sau một khoảng thời giannào đó, véctơ từ hóa lại khôi phục trở về vị trí ban đầu Quá trình khôi phụcdọc theo hướng dọc của từ trường máy gọi là quá trình dãn theo trục dọc(Hình 2.3) Thời gian dãn theo trục dọc là thời gian cần thiết để hiện tượng từhóa đạt 63% giá trị ban đầu Thời gian này gọi là thời gian T1

Từ hóa ngang xảy ra khi phát xung RF lên mô Do hiện tượng cộnghưởng nên véctơ từ hóa lệch khỏi hướng của véctơ từ trường máy và bị đẩytheo hướng ngang tạo nên véctơ từ hóa ngang Từ hóa ngang là trạng tháikhông ổn định, kích thích và nhanh chóng phân rã khi kết thúc xung RF Từhóa ngang cũng là một quá trình dãn gọi là dãn dọc theo chiều ngang Khi ngắtxung RF, véctơ từ hóa ngang mất pha, suy giảm nhanh chóng và dần dần trở vềtrạng thái cân bằng Thời gian cần thiết để 63% giá trị ban đầu bị phân rã gọi làdãn thời gian dãn dọc theo trục ngang (Hình1.3) Thời gian này còn được gọi làthời gian T2 Thời gian T2 này ngắn hơn nhiều so với thời gian T1

0 là véctơ từhóa thực ở trạng thái cân bằng Y là hướng của véctơ từ hóa ngang

M z là véctơ từ hóa khi dãn theo trục dọc

+ Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu Khi ngắt các xung RF, các proton bịngắt kích thích, trở lại sắp hàng như cũ dưới ảnh hưởng của từ trường máy(gọi là quá trình dãn theo trục dọc như đã trình bày ở trên) Trong quá trìnhnày, khi momen của các proton khôi phục lại ví trí ban đầu, chúng sẽ bức xạnăng lượng dưới dạng các tín hiệu tần số sóng vô tuyến Các tín hiệu này sẽđược cuộn thu nhận tín hiệu của máy ghi lại.

+ Giai đoạn 4: Tạo hình ảnh Các tín hiệu vô tuyến bức xạ từ vật thể môsau khi được cuộn thu nhận của máy ghi lại sẽ được xử lí điện toán để tạo rahình ảnh Cường độ bức xạ từ một đơn vị khối lượng mô được thể hiện trênphim chụp theo một thang màu từ trắng đến đen Trong đó màu trắng làcường độ tín hiệu cao, màu đen là không có tín hiệu (Hình 2.4)

Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ giữa thời gian T1 và T2 với mức độ từ hóa và

cường độ tín hiệu trên phim chụp

Trong quá trình dãn của từ hóa dọc, các mô khác nhau sẽ có mức độ từhóa khác nhau Vì thế tốc độ tăng sẽ khác nhau, hay nói cách khác giá trị T1khác nhau Mô với tốc độ T1 gắn hơn có tốc độ tăng sự từ hóa dọc nhanh hơn.

Do vậy trong suốt khoảng thời gian này nó có mức từ hóa cao hơn tạo tín hiệumạnh hơn và xuất hiện trên ảnh sáng hơn

Trong quá trình phân rã sự từ hóa ngang, các mô khác nhau có độ từhóa khác nhau do đó tốc độ phân rã khác nhau, hay T2 khác nhau Giá trị T2dài tức là mô có mức độ nhiễm từ cao, tạo ra tín hiệu mạnh hơn và sáng hơntrong ảnh so với mô có giá trị T2 ngắn Tại thời điểm bắt đầu chu kì, không

có tương phản T2 nhưng T2 tăng dần trong quá trình dãn

Có thể thấy rằng phương pháp tạo ảnh MRI có hai pha khác nhau Mộtpha đi cùng với sự từ hóa dọc một pha đi cùng với sự từ hóa ngang Mặt khácnhư đã trình bày ở trên, trong thời gian T1 khi momen từ của các proton khôiphục theo chiều dọc dưới ảnh hưởng của từ trường máy thì tổng tất cả momen

từ của proton lúc này được gọi là véctơ từ hóa thực Độ lớn của véctơ từ hóathực phụ thuộc vào mật độ proton của mô đó Giữa hai mô lân cận, dù thờigian T1 có thể bằng nhau nhưng nếu mật độ proton khác nhau thì mức độ từhóa sẽ khác nhau Nhờ thế mà cường độ bức xạ tín hiệu cũng khác nhau nên

sẽ tạo ra độ tương phản nhau Nhờ đó ta có thể nhận biết riêng biệt đượcchúng qua sự tương phản trên ảnh Nếu hai mô có giá trị T1 khác nhau thì sựtương phản sẽ càng tăng lên Nhưng khi các mô tiến dần dần đến trạng tháicân bằng thì mật độ proton trở thành một yếu tố chính ảnh hưởng đến tươngphản giữa hai mô

Như vậy, ưu điểm vượt trội của phương pháp tạo ảnh MRI so vớiphương pháp khác là ở chỗ có thể chọn các đặc tính khác nhau của mô để tạotạo ra tương phản hiển thị trên phim chụp Có 3 đặc tính cơ bản của mô lànguồn tương phản ảnh: (1) mật độ proton kết hợp với thời gian dãn dọc T1,(2) thời gian dãn dọc T1, (3) thời gian dãn ngang T2

2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW

Như đã giới thiệu ở trên, cường độ tín hiệu tăng dần từ 0 đến cực đạitrong khoảng thời gian T1 và giảm dần từ cực đại trở về 0 trong thời gian T2.Nhằm tạo ra tương phản tốt nhất về hình ảnh của các mô người ta phải chọnthời điểm T1 và T2 thích hợp để thu nhận các tín hiệu bức xạ cung cấp choquá trình tạo ảnh TR và TE chính là các thông số về thời gian đo tín hiệuđược người vận hành máy thiết lập trước khi chụp MRI

- TR là khoảng thời gian từ khi bắt đầu dãn dọc đến khi mức độ từ hóa của môđược đo để tạo ra tương phản Xác định giá tị TR là xác định thời điểmchụp ảnh

- TE là khoảng thời gian từ khi bắt đầu giãn ngang đến khi mức độ từ hóacủa mô được đo để tạo ra tương phản ảnh Các giá trị kết hợp TE và TRđược chọn qua các bảng tùy thuộc vào từng loại mô

Bằng việc điều chỉnh các giá trị TR và TE của T1 và T2 ta thu được cáctương phản ảnh tương ứng với một đặc tính mô riêng biệt Ảnh của T1 và T2trong trường hợp này gọi là T1 điều chỉnh và T2 điều chỉnh

Để tạo ảnh có trọng số T1, người ta cần chọn một giá trị TR tương ứngvới thời gian mà tại đó tương phản T1 lớn nhất giữa hai loại mô Nếu chọn

TR dài hơn sẽ tạo ra cường độ tín hiệu lớn nhưng tương phản T1 ít hơn Việclựa chọn TR thích hợp với các giá trị T1 của mô rất có ý nghĩa trong việcchuẩn đoán lâm sàng, đặc biệt khi phân biệt giữa mô lành và mô bệnh lí Nếugiá trị của TR được chọn bằng giá trị T1 của mô, ảnh được chụp trở lại 63%

sự nhiễm từ mô của nó

Để tạo ảnh có trọng số T2, người ta cần chọn một giá trị TE tương ứngvới thời gian mà tại đó tương phản T2 lớn nhất giữa hai loại mô Tương phảnT2 thu được bằng cách dùng TE tương đối dài Tuy nhiên nếu dùng TE quádài thì sự nhiễm từ và tín hiệu RF lại quá thấp để hình thành một ảnh

Một kĩ thuật tạo ảnh hay gặp nữa là PD PD là ảnh khảo sát mật độproton Như đã nói ở trên, khi sự nhiễm từ dọc đạt giá trị cực đại thì tương

phản theo thời gian T1 sẽ kém đi Lúc này tương phản ảnh do mật độ protoncủa mô quyết định Do vậy, nếu ta chọn giá trị TR tương đối dài để tạo ảnhảnh tương phản mật độ proton thì gọi là ảnh mật độ proton điều chỉnh.

Tóm lại, việc hiểu biết nguyên lí hoạt động và các khái niệm cơ bản củachụp cộng hưởng từ sẽ giúp bác sĩ nhận định đúng các cấu trúc bình thườnghoặc bệnh lí của các mô Khi đọc bất kì phim nào, trước tiên phải nhận biết đó

là phim T1 hay T2 Có thể thấy rằng nước (hay chất lỏng nói chung) vì mật

độ proton cao nên thời gian để nó phục hồi lại 63% giá trị từ hóa ban đầu sẽkéo dài hơn so với các mô ít nước.Vì thế nước hay chất lỏng nói chung cócường độ tín hiệu yếu trong thời gian T1 và thể hiện bằng màu tối (đen) trênphim T1W Ngược lại, vì mật độ proton cao nên đầu thời gian T2, nước (haychất lỏng nói chung) có cường độ tín hiệu cao và suy giảm kéo dài hơn và thểhiện bằng màu sáng (trắng) trên phim T2W Các mô bị phù nề, viêm, nhiễmtrùng và các nang cũng có tính chất tương tự Vì vậy, khi đọc bất kì một phimMRI nào trước tiên phải tìm những cấu trúc mà ta biết chắc chắn là nước nhưdịch não tủy trong các não thất và ống sống, nước tiểu trong bàng quang nếucấu trúc nước ấy có màu tối thì đó là ảnh T1W, nếu màu sáng thì là ảnh T2W

2.2 Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI

2.2.1 Cộng hưởng từ.

Ban đầu cộng hưởng từ được mô tả bằng một nam châm và một la bàn.Nếu một la bàn đến gần một nam châm thì kim sẽ quay nhanh hơn, kim la bànquay phù hợp với độ mạnh yếu của từ trường Đối với một la bàn bỏ túi, kimđược nhúng vào trong một chất lỏng để giảm dao động Khi không có chấtlỏng, kim sẽ chuyển động theo hướng bắc trong một khoảng thời gian trướckhi trở về trạng thái cân bằng cơ bản Tần số của dao động phụ thuộc vào từtrường và cường độ của kim nam châm Nó sẽ dao động với tần số f càng lớnnếu từ trường và cường độ của kim càng lớn và ngược lại

Sóng vô tuyến là từ trường thay đổi theo thời gian và khi dao độngsóng vô tuyến yếu sẽ phát ra ở tần số giống như ở tần số của kim Tần số là số