MRI

II. Vật liệu chế tạo: 1.Nam châm: Nam châm dùng cho MRI có 3 loại: nam châm vĩnh cửu, nam châm điện trở và nam châm siêu dẫn. a.Nam châm vĩnh cửu: b.Nam châm điện trở Nam châm điện trở: Là một cuộn dây điện thường làm từ đồng. Nó thường được quấn quanh một lõi sắt hoặc có thể được quấn quanh một lõi không khí. Khi kết nối với nguồn điện, các nam châm điện tạo ra một từ trường giống như một nam châm vĩnh cửu. Mật độ từ tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện chạy trong dây của nam châm điện. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra nhiệt nên cần được hạn chế, chỉ sử dụng ở cường độ thấp

fI.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bị y tế MRI

1 Cấu tạo:

a) Một nam châm (magnet) lớn dạng hình trụ, rỗng bên trong, đủ lớn để bệnh nhân có thể nằm lọt bên trong Nam châm này sẽ tạo ra từ trường B0 đồng nhất (cố định) ở không gian bên trong ống trụ này

b) Một cuộn tạo từ trường biến thiên (the gradient coil) tạo ra các từ trường tĩnh theo thời gian, nhưng thay đổi theo không gian.Tương ứng với ba trục X, Y, Z là ba cuộn dây X,

Y, Z, tạo ra các từ trường biến thiên Gx, Gy và Gz Các từ trường biến thiên theo không gian này cần để chọn lớp cắt

c) Một cuộn phát thu sóng điện từ RF (radiofrequency coil) , để phát ra xung điện từ B1 làm xoay từ trường M ra khỏi chiều của từ trường B0 và để thu nhận tín hiệu cộng hưởng do quá trình xoay của từ trường M về lại chiều ban đầu dưới tác dụng của B0 Cấu tạo của cuộn này có thể thay đổi tuỳ thuộc theo cơ quan cần quan tâm để đạt được hình ảnh tốt nhất về cơ quan đó

d) Máy tính và các phụ kiện để quản lý nam châm, bộ phát thu, và cuộn tạo từ trường biến thiên; để xử lý và lưu trữ tín hiệu cộng hưởng từ; và để tái tạo, lưu trữ và hiển thị ảnh

2.Nguyên lý hoạt động:

Mọi vật thể đều được cấu tạo từ nguyên tử Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton mang điện tích +1) và các neutron (không mang điện tích) Quay quanh hạt nhân

là các electron (mang điện tích âm) Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton của hạt nhân bằng đúng số electron của nguyên tử đó Tất cả các “hạt” này đều chuyển động Neutron

và proton quay quanh trục của chúng, electron quay quanh hạt nhân và quay quanh trục của chúng Sự quay của các “hạt” nói trên quanh trục của chúng tạo ra một mômen góc quay gọi

là spin Ngoài ra, các hạt mang điện tích khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường Vì proton có điện tích dương và quay nên nó tạo ra một từ trường, giống như một nam châm nhỏ, gọi

là mômen từ (magnetic moment) Trong điều kiện bình thường các momen từ định hướng phân tán làm chúng triệt tiêu nhau, nên người ta không ghi được tín hiệu gì của chúng

Nhờ các đặc tính vật lý như vậy, khi đặt một vật thể vào trong một từ trường mạnh, các momen từ đang định hướng phân tán sẽ trở nên định hướng song song và đối song song

Cơ thể chúng ta cấu tạo chủ yếu từ nước (60-70%) Trong thành phần của phân tử nước luôn

có nguyên tử hydro Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton Do đó, nó có một mômen từ lớn Từ điều này dẫn tới một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các mô trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó Mặt khác, trong cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lý đều dẫn đến sự thay đổi phân bố nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi so với mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình được các thương tổn

II Vật liệu chế tạo:

1 Nam châm:

a. Nam châm vĩnh cửu:

Hiện nay, nam châm vĩnh cửu mạnh nhất là NdFeB được tạo ra từ hợp chất của Neodymium (Nd) - Sắt (Fe) - Bo (B), với công thức phân tử là Nd2Fe14B

Nd2Fe14B có cấu trúc tinh thể với độ bất đối xứng rất cao tạo tính từ cứng mạnh của vật liệu

Nd2Fe14B có dị hướng từ tinh thể K1 = 4,9.106 J/m3, từ độ bão hòa μ0Ms = 1,61T (tương ứng với mômen từ là 37,6 μB, trường dị hướng HA = 15 T) và nhiệt độ Curie là TC = 585 K (312oC) Các thông số cấu trúc và tính chất nội tại này cho phép tạo ra tích năng lượng từ cực đại, lớn nhất tới 64 MGOe

Tuy là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất nhưng có khuyết điểm là giá thành cao, kém bền

do các nguyên tố đất hiếm có tính ôxy hóa rất cao

Nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các ferrit từ cứng (ví dụ ferrit Ba, Sr ) là hợp chất gốm có nguồn gốc từ oxit sắt (magnetite Fe3O4) Nam châm ferrit có ưu điểm là rất dễ chế tạo, gia công, giá thành rẻ và độ bền cao nhưng không tạo được từ trường mạnh như nam châm vĩnh cửu chế tạo từ đất hiếm Nam châm vĩnh cửu được làm từ ferrites cứng, có lực kháng từ cao nên có khả năng chống lại sự khử từ

b. Nam châm điện trở

Nam châm điện trở: Là một cuộn dây điện thường làm từ đồng Nó thường được quấn quanh một lõi sắt hoặc có thể được quấn quanh một lõi không khí Khi kết nối với nguồn điện, các nam châm điện tạo ra một từ trường giống như một nam châm vĩnh cửu Mật độ từ tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện chạy trong dây của nam châm điện Khi dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra nhiệt nên cần được hạn chế, chỉ sử dụng ở cường độ thấp

Ưu điểm của dây dẫn điện làm bằng đồng: Dây đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt thứ

2 chỉ kém bạc do đó hao tổn về điện năng nhỏ Đồng chịu được các tác động của điều kiện môi trường vì vậy đồng thường được dùng trong 1 số chi tiết máy móc quan trọng

Nhược điểm: Giá đồng còn khá cao Dây đồng khá nặng nếu sử dụng làm dây dẫn đường dài

sẽ phải sử dụng các cột điện to hơn

c. Nam châm siêu dẫn

Nam châm siêu dẫn: là loại nam châm mà sợi dây điện (thường bằng đồng) quấn quanh lõi nam châm làm bằng chất siêu dẫn

Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ

nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0

Chất siêu dẫn có các đặc tính:

Nếu truyền một dòng điện vào một mạch làm bằng chất siêu dẫn thì dòng điện sẽ chạy trong

đó mãi không suy giảm, vì chúng không gặp trở kháng nào trên đường đi

Những chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp có thể tạo ra từ trường rất mạnh

Lõi nam châm thường làm bằng hợp kim niobium/titanium hoặc niobium/tin Các hợp kim này có đặc tính là không tạo trở kháng chống lại dòng điện khi được làm nguội (bằng helium lỏng) tới nhiệt độ khoảng 10 Kelvin

Sau khi cung cấp nguồn điện cho nam châm siêu dẫn, nguồn điện được tháo ra nhưng dòng điện vẫn tỗn tại trong cuộn nam châm mà không bị suy giảm đáng kể trong nhiều năm

2 Cuộn tạo từ trường biến thiên (the gradient coil) và cuộn phát thu sóng điện từ

RF (radiofrequency coil)

Thường được làm từ đồng (copper) hoặc nhôm (aluminum) vì nhiều ưu điểm

Ưu điểm của dây dẫn đồng và dây dẫn nhôm:

● Dây dẫn đồng: có điện trở xuất nhỏ, dẫn điện tốt thứ 2 chỉ kém bạc, ít hao tổn về điện năng Ngoài ra, đồng có khả năng chịu được các tác động của điều kiện môi trường Vì vậy, đồng thường được dùng trong 1 số chi tiết máy móc quan trọng

● Dây dẫn nhôm: dẫn điện bằng 2/3 đồng nhưng lại nhẹ hơn 2,5 lần đồng, rẻ và bền vững, ít bị ăn mòm trong không khí Vì vậy các dây điện dài sử dụng nhôm làm dây dẫn sẽ giảm được 30% trọng lượng Nhôm là vật liệu dễ kiếm hơn, nước ta cũng có khá nhiều quặng boxit

Nhược điểm của dây đồng và nhôm:

● Dây dẫn Đồng: Giá đồng khá cao nên các nhà sản xuất dây và cáp điện thường hạn chế sử dụng đồng để cắt giảm chi phí Ngoài ra, dây đồng khá nặng nếu sử dụng làm dây dẫn đường dài sẽ phải sử dụng các cột điện to hơn

● Dây dẫn nhôm: Nhôm rất khó hàn nên các mối hàn bằng nhôm thường không bền, dây

nhôm dễ bị đứt khi kéo vì vậy người ta thường làm dây nhôm có lõi thép ở giữa để tăng độ bền cho các đường dây điện trên cao

IV Ứng dụng

1 Trong nghiên cứu

Ảnh chụp chính diện (coronal) trọng số T1, 3D, độ phân giải cao được dùng để đo thể tích hồi hài mã (hippocampus), thường bằng cách đo viền của nó Đây là cơ sở cho các nghiên cứu đánh giá sự thay đổi vùng hồi hài mã đối với các bệnh nhân Adheizmer

2 Trong điều trị lâm sàng

Bệnh động kinh: Ảnh phân giải cao trọng số T1 là tiêu chuẩn trong việc chẩn đoán động

kinh Việc có thể quan sát chi tiết vùng hồi hải mã có vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán động kinh:

U não:

Các u não lành tính hoặc ác tích, u ở trong não hoặc ngoài não đều nhìn thấy rõ trên ảnh cộng hưởng từ Trong nhiều trường hợp u não trên ảnh cắt lớp vi tính và trên ảnh cộng hưởng từ là như nhau Trên ảnh cộng hưởng từ có những ưu điểm sau:

● Phù quanh u trên ảnh cộng hưởng từ nhìn rõ hơn ảnh cắt lớp vi tính

● Trên ảnh cộng hưởng từ phát hiện những u có tỷ trọng thấp hơn đối với các tổ chức não, mà trên ảnh chụp cắt lớp vi tính không phát hiện được

U tủy sống:

● Trên hình ảnh cộng hưởng từ bình thường không nhìn thấy vỏ xương cột sống (phần xương đặc) và bộ phận dây chằng cột sống

● Trên hình ảnh T1 : tủy sống, đĩa điệm và tủy xương của thân cột sống có cùng cường

độ tín hiệu, nhưng dịch não tủy có cường độ tín hiệu thấp nên trên hình ảnh cộng hưởng từ dịch não tủy có biểu hiện tối, do đó giúp người ta nhìn rõ giới hạn của tủy

● Trên hình T2: tín hiệu sáng nhất là dịch não tủy Tủy và thân đốt sống giảm cường độ tín hiệu (các hình ảnh của T2 ngược lại với T1)

● Ở người trẻ, nhân nhầy đĩa đệm và lớp trong của vòng sợi đĩa đệm có đặc trưng là cường độ tín hiệu cao; cường độ tín hiệu đó giảm cùng với tuổi và giảm khi có sự thoái hóa ở đĩa đệm

Chấn thương sọ não:

Chấn thương sọ não, đặc biệt là vết thương ở phía trước của thùy trán hoặc các vết thương đầu nặng chính là nguyên nhân gây biến đổi nhân cách, thường biểu hiện là mất ức chế

CT và MRI có thể xác định có chảy máu nội sọ hay không CT nhìn chung hay được

sử dụng trong chấn thương sọ não cấp do nhanh, hình ảnh chảy máu cấp tính và vỡ xương sọ

rõ ràng và dễ thực hiện hơn so với MRI Nhưng MRI chính xác hơn, trong lâm sàng chấn thương sọ não vừa và nhẹ thường hay được chỉ định làm MRI do có độ nhạy cao, đặc biệt với những vết thương nhỏ ở vùng chất trắng và những thay đổi bán cấp hoặc mạn tính do chảy máu nội sọ gây ra

Thuốc đối quang từ (hay còn gọi là tương phản từ) được dùng hỗ trợ cho các bác sĩ chẩn

đoán tốt hơn dựa vào sự tương phản hình ảnh trong chụp cộng hưởng từ Thường được sử dụng rộng rãi là loại thuốc đối quang từ gốc Gadolinium (Gd) Gadolinium là 1 chất thuận từ,

dễ bị từ hóa Gadolinium tác động lên các proton xung quanh, làm thay đổi cường độ tín hiệu phát ra và thay đổi độ tương phản của mô trên hình ảnh Thuốc đối quang từ được sử dụng hiệu quả nhất đối với não và tủy sống, vì khi hàng rào máu não bị tổn thương do bệnh lý, tín hiệu của tổn thương sẽ tăng lên rõ rệt Trong các bệnh lý như viêm khớp, các khối u, viêm ở tạng đặc, thuốc đối quang từ cũng có giá trị để đánh giá tổn thương

Tác dụng không mong muốn: Đau đầu, chóng mặt, nôn, buồn nôn, dị cảm, miệng có vị kim

loại, co giật và phản ứng quá mẫn như dị ứng da, phản vệ Phản ứng phụ rất muộn liên quan đến thuốc đối quang từ gadolinium có thể gặp là xơ hóa hệ thống do thận (NSF) Bệnh

lý này có thể khởi phát trong ngày sử dụng cho đến 2-3 tháng sau, đôi khi có thể sau nhiều năm với biểu hiện gồm đau, ngứa nhiều, sưng, hồng ban, thường bắt đầu ở chân Sau đó các biểu hiện muộn có thể gặp dày xơ hóa da và mô dưới da, co rút chi, xơ hóa các tạng hoặc thậm chí tử vong nếu tổn thương các tạng mức độ nặng