Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống chụp cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa PET

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022

ii

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Quang Linh ThS.Nguyễn Hữu Vinh Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Thế Thường Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Trường Thanh Hải

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1.TS Lý Anh Tú Chủ tịch hội đồng

2.TS Nguyễn Trung Hậu Thư ký hội đồng 3 TS Nguyễn Thế Thường Phản biện 1 4 TS Nguyễn Trường Thanh Hải Phản biện 2 5 ThS Mai Hữu Xuân Ủy viên

Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên nghành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

iii

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM NHẬT TẠO MSHV:2070247 Ngày, tháng, năm sinh: 01/05/1983 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh

Mã số: 8520401 I.TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA HỆ THỐNG CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ VÀ HÌNH ẢNH LAI HÓA PET/MRI

STUDY ON NEW TECHNOLOGIES OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING AND PET/MRI HYBRID IMAGING

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tìm hiểu về các công nghệ mới nhất của cộng hưởng từ và thiết bị lai hóa PET/MRI

Trình bày chi tiết quá trình triển khai một dự án lắp đặt hệ thống cộng hưởng từ công nghệ mới

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/02/2022

III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/06/2022

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS HUỲNH QUANG LINH ThS NGUYỄN HỮU VINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

iv

Tp HCM, ngày……tháng 07 năm 2022 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) ( Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Huỳnh Quang Linh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 (Họ tên và chữ ký)

ThS Nguyễn Hữu Vinh

TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG (Họ tên và chữ ký)

v LỜI CÁM ƠN

Sau một thời gian dài từ khi tốt nghiệp đại học, tôi mới có cơ hội trúng tuyển để tiếp tục theo học cao học nghành Vật Lý Kỹ Thuật khóa 2020 tại trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM Trong quá trình vừa đi làm vừa học tập tại trường, tôi thực sự đã gặp rất nhiều khó khăn trong thời gian đầu, để có thể tiếp tục vươn lên và hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cao học này, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:

Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, Ban Chủ Nhiệm Khoa Khoa học Ứng Dụng, quý thầy cô trong bộ môn vật lý kỹ thuật y sinh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt khóa học

PGS.TS Huỳnh Quang Linh, người thầy trực tiếp hướng dẫn, tạo nguồn cảm hứng học tập cho tôi từ lúc ôn thi cao học đến lúc hoàn thành khóa học

Xin cám ơn Mr Thi, người sếp trực tiếp của tôi tại công ty Siemens Healthcare Việt Nam, đã luôn quan tâm, ủng hộ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi vừa hoàn thành công việc tại công ty, vừa hoàn thành việc học tập tại trường tốt nhất Xin cám ơn gia đình nhỏ của tôi, đã luôn hy sinh để tôi hoàn thành việc học tập

Xin cảm ơn người đồng nghiệp ThS.Nguyễn Hữu Vinh, đã thường xuyên hỏi thăm, góp ý xuyên suốt quá trình học tập và đưa ra những lời khuyên quý báu trong giai đoạn hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này

Và cuối cùng, tôi xin cám ơn hội đồng xét duyệt luận văn cao học, quý thầy cô phản biện của khoa Khoa Học Ứng Dụng đã theo dõi luận văn này Xin cám ơn tập thể lớp cao học khóa 2020 đã luôn chia sẻ, động viên để tôi hoàn thành bậc cao học tại Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp HCM

Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn tất cả!

Tp.HCM, ngày… Tháng 07 năm 2022 Học Viên

PHẠM NHẬT TẠO

Để sở hữu một hệ thống máy MRI hoặc PET/MRI thì chi phí đầu tư ban đầu là rất cao (vài chục tỷ việt nam đồng), thông thường PET/MRI cao hơn khoảng 5-8 lần so với một hệ thống MRI đơn lẻ tùy vào cấu hình, và người bệnh phải trả chi phí khoảng vài triệu việt nam đồng cho mỗi lần chụp MRI tiêu chuẩn, kèm theo đó là sự thay đổi và phát triển liên tục của công nghệ thiết bị Luận văn này tập trung vào nghiên cứu giới thiệu những công nghệ mới nhất của hệ thống cộng hưởng từ, hình ảnh lai hóa hiện nay và định hướng trong tương lai, trình bày chi tiết việc triển khai lắp đặt một dự án cộng hưởng từ công nghệ mới 3T

Luận văn hoàn thành với mong muốn giúp người làm kỹ thuật y sinh có cái nhìn toàn diện hơn về nguyên lý hoạt động, việc triển khai dự án, lên kế hoạch vận hành, bảo trì bảo dưỡng thiết bị nhằm giảm thiểu tối đa rủi ro, duy trì thiết bị luôn trong tình trạng hoạt động đúng quy chuẩn, đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe người bệnh một cách tốt nhất trong bối cảnh đất nước ta còn thiếu thốn rất nhiều về trang thiết bị y tế kỹ thuật cao

vii ABSTRACT

Study on new technologies of magnetic resonance imaging and PET/MRI hybrid imaging

Magnetic resonance imaging (MRI) is the most modern and effective method of subclinical imaging today, it gives very good image quality of anatomical structures and helps accurately diagnose the disease situation, but there are still limitations in evaluating molecular images, tissue metabolism that is the strength of the PET system The combination of both diagnostic methods in a hybrid PET/MRI device will help detect and diagnose several complex malignancies, including cervical and pelvic cancers with high accuracy and certainly This technique allows doctors to monitor the movement of certain drugs through a patient’s body to determine proper bodily functions In addition, PET/MRI allows researchers to track the maturation and differentiation into different body tissues of stem cells

The investment cost to own the MRI, PET/MRI system is very high, the price of the PET/MRI system is about 5-8 times higher than a single MRI system depending on the option, and the patient has to pay a cost of several millions vnd for each standard MRI scan, accompanied by the constant change and development of technology This thesis focuses on researching and introducing the latest technologies of magnetic resonance systems, hybrid imaging systems, and future orientation, detailed the planning, installation, startup of the 3T new technology magnetic resonance project

The thesis is completed with the desire to help biomedical technicians have a more comprehensive view of the project implementation, plan the operation and maintenance of the equipment to minimize risks, and always maintain the equipment in a state of proper operation, meeting the needs of patients’ healthcare in the best way in the context that our country still lacks a lot of high-tech medical equipment

viii

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn “Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống chụp cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa PET/MRI” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kiến thức, số liệu trình bày trong luận văn này là của thực tế tôi thu thập được trong quá trình làm luận văn Tôi xin cam đoan không sao chép công trình nghiên cứu của bất kỳ tác giả nào

Tp HCM, Ngày……tháng 07 năm 2022 Học Viên

Phạm Nhật Tạo

ix MỤC LỤC

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn: 2

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa PET/MRI: 4

2.1.1 Định nghĩa về cộng hưởng từ: 7

2.1.2 Lịch sử phát triển của cộng hưởng từ: 7

2.1.3 Vai trò của cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh: 8

2.1.4 Tổng quan về PET/MRI và vai trò trong chẩn đoán bệnh: 8

2.2 Cơ sở lý thuyết 9

2.2.1 Nguyên lý cơ bản cộng hưởng từ MRI 9

2.2.1.1 Từ trường – khả năng từ hóa của các chất: 9

2.2.1.2 Độ từ hóa thực 10

2.2.1.3 Vector độ từ hóa thực: 10

2.2.1.4 Trạng thái năng lượng của Proton: 11

2.2.1.5 Tần số cộng hưởng: 11

x

2.2.1.6 Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân: 13

2.2.1.7 Quá trình hồi giãn dọc – thời gian T1: 16

2.2.1.8 Quá trình hồi giãn ngang – thời gian T2: 18

2.2.2 Nguyên lý tương phản cộng hưởng từ 21

2.2.3 Nguyên lý cơ bản của PET và hình ảnh lai hóa PET/MRI 22

2.2.3.1 Giới thiệu chung tạo ảnh bằng phát xạ Positron (PET) 23

2.2.4.2 Nguyên lý tạo ảnh bằng phát xạ Positron (PET): 24

2.2.4.3 Thiết bị tạo ảnh 25

2.2.2.4 Thiết bị lai hóa PET/MRI 34

2.3 Cấu tạo và thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống cộng hưởng từ Siemens: 35

2.3.1 Magnet (khối từ siêu dẫn) 35

3.2 MRI deep resolve 51

3.2.1 Deep resolve gain: 51

3.2.2 Deep resolve sharp: 53

3.3 Công nghệ Biomatrix 54

xi

3.3.1 Bàn Biomatrix di chuyển linh động với eDrive 55

3.3.2 Công nghệ coilshim 55

3.3.3 Công nghệ kinetic sensor 56

3.3.4 Công nghệ respiratory sensor 57

3.3.5 Công nghệ beat sensor 58

3.3.6 Công nghệ slice adjust 58

3.4 Công nghệ TIM (total imaging matrix) 60

3.6 Công nghệ mới trong khối từ siêu dẫn 66

3.6.1 Eco-power mode: Chế độ tiết kiệm điện năng 66

3.6.2 Zero helium boil-off technology: Công nghệ không bay hơi helium 69

3.6.3 Công nghệ của tương lai High-V MRI 71

3.7 Công nghệ MRI 7T Siemens 75

3.7.1 MRI 7T: Sự chuyển dịch từ MRI nghiên cứu sang lĩnh vực y tế 75

3.7.2 Một số điểm nổi bật của công nghệ MRI 7T mới nhất của Siemens: (Magnetom Terra) 83

3.7.3 Bảng thông số kỹ thuật khối từ siêu dẫn MRI 7T: 84

3.7.4 Cấu tạo của một hệ thống cộng hưởng từ 7T Siemens: 85

3.7.5 Triển khai một dự án lắp đặt máy MRI 7T Siemens: 86

3.8 Công nghệ thiết bị lai hóa PET/MRI Siemens 87

3.8.2 Cấu tạo của một hệ thống mMR Siemens: 93

3.8.3 Một số lưu ý khi triển khai một dự án PET/MRI: 95

CHƯƠNG 4.: TRIỂN KHAI MỘT DỰ ÁN LẮP ĐẶT MÁY MRI CÔNG NGHỆ MỚI LUMINA 3 TESLA SIEMENS 97

4.1 Lắp đặt cơ khí máy MRI công nghệ mới 107

4.1.1 Lắp đặt trong phòng chụp bệnh nhân: 108

4.1.2 Lắp đặt trong phòng thiết bị 115

4.1.3 Lắp đặt trong phòng điều khiển 116

4.2 Start up và hoàn thiện lắp đặt máy MRI công nghệ mới: 118

4.2.1 Nạp helium lỏng 118

4.2.2 Nạp từ, xả từ, shim đồng nhất từ 120

4.2.3 Tune up và QA system, QA coils 126

4.2.4 Test tools 128

4.3 Vai trò của kỹ sư y sinh trong việc bảo trì bảo dưỡng một hệ thống MRI: 132

CHƯƠNG 5.: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 140

5.1 Kết luận chung 140

5.2 Hướng phát triển 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 146

xiii

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1 :Thống kê số lượng máy MRI tại các quốc gia OECD [1] 4

Hình 2.2:Biểu đồ tăng trưởng của máy MRI Siemens trong OECD [1] 5

Hình 2.3: Thời gian hoạt động của máy MRI Siemens trong OECD [1] 5

Hình 2.4: Dự báo thị trường MRI, PET/MRI trong tương lai [1] 6

Hình 2.5: MRI Siemens hiện tại và định hướng công nghệ tương lai [1] 7

Hình 2.6 Moment từ tổng khi đặt trong từ trường ngoài [1] 10

Hình 2.7 Tần số Lamor [31] 11

Hình 2.8 Kích thích cộng hưởng.[1] 14

Hình 2.9 Góc lật [31] 15

Hình 2.10 Quá trình hồi giãn dọc T1 [31] 16

Hình 2.11 Thời gian lặp xung TR [3] 17

Hình 2.12 Thời gian hồi giãn ngang T2 [3,31] 19

Hình 2.13 Sự khác nhau T2 giữa mỡ và nước [3] 20

Hình 2.14 Điều chỉnh TR và TE cho ra ảnh có tương phản khác nhau [1] 22

Hình 2.15 Các bước tạo ảnh PET [32] 23

Hình 2.16 Phương pháp tạo ảnh bằng phát xạ Positron [32] 25

Hình 2.17 Dectector NaI (TI) [32] 26

Hình 2.18 Khoảng cách các hạt positron đi được ở trong mô.[32] 28

Hình 2.19 Camera PET [32] 31

Hình 2.20 Sự ghép nối tinh thể nhấp nháy và ống nhân quang [32] 32

Hình 2.21 Sơ đồ khối của hệ thống PET (với 2 detector)[32] 33

Hình 2.22 Hệ thống PET/MRI [33] 34

Hình 2.23 Cấu tạo khối từ siêu dẫn [1] 36

Hình 3.2 Hình ảnh với chất lượng cao nhất [1] 43

Hình 3.3 Lấy mẫu con rời rạc [1] 43

Hình 3.4 Nhiễu ảnh do lấy mẫu con rời rạc [1] 44

Hình 3.5 Ví dụ về chụp mạch máu não [1] 44

Hình 3.6 Ví dụ hình ảnh quả táo bị nhiễu [1] 45

Hình 3.7 Biến đổi Wavelet hình ảnh quả táo [1] 45

Hình 3.8 Hình ảnh quả táo sau khi loại bỏ nhiễu [1] 46

Hình 3.9 Hình ảnh không có thông tin khi đặt nặng chuyển đổi thưa thớt [1] 46Hình 3.10 Hình ảnh nhiễu khi đặt nặng tính nhất quán dữ liệu 100%[1] 47

Hình 3.11 Sự hài hòa về tính nhất quán và độ thưa thớt của dữ liệu [1] 47

Hình 3.12 Công nghệ compressed sensing [1] 48

xv

Hình 3.21 Ví dụ ứng dụng deep resolve gain [1] 53

Hình 3.22 Công nghệ deep resolve sharp [1] 53

Hình 3.23 Ví dụ ứng dụng deep resolve sharp [1] 54

Hình 3.24 So sánh hình ảnh deep resolve gain và sharp [1] 54

Hình 3.25 Bàn Biomatrix di chuyển linh động với eDrive [1] 55

Hình 3.26 Khi chưa có coilshim [1] 56

Hình 3.27 Với công nghệ coilshim [1] 56

Hình 3.28 Công nghệ kinetic sensor [1] 57

Hình 3.29 Cảm biến nhịp thở và giao diện ứng dụng [1] 58

Hình 3.30 Công nghệ beat sensor [1] 58

Hình 3.31 Công nghệ slice adjust [1] 59

Hình 3.32 Trước và sau với công nghệ slice adjust [1] 59

Hình 3.33Công nghệ TIM 4G [1] 60

Hình 3.34 Ưu điểm công nghệ Go [1] 63

Hình 3.35 Cải thiện quy trình MRI với công nghệ Go [1] 63

Hình 3.36 Select and Go [1] 64

Hình 3.37 Dot and Go [1] 65

Hình 3.38 Recon and Go [1] 65

Hình 3.39 View and go [1] 66

Hình 3.40 Công nghệ eco-power mode [1] 67

Hình 3.41 Chế độ hoạt động bình thường của khối từ siêu dẫn [1] 68

Hình 3.42 Công nghệ zero helium boil-off [1] 69

Hình 3.43 Coldhead 10K [1] 70

Hình 3.44 Coldhead 4K [1] 70

xvi

Hình 3.45 Công nghệ HIGH-V MRI [1] 71

Hình 3.46 TIM 4G [1] 71

Hình 3.47 Khối từ siêu dẫn HIGH-V [1] 72

Hình 3.48 Sơ đồ bố trí cuộn dây HIGH-V [1] 73

Hình 3.49 Ramp up magnet OR132 [1] 74

Hình 3.50 Magnet OR132 at field [1] 74

Hình 3.51 Ramp Down Magnet OR132 [1] 75

Hình 3.52 Magnet OR132 at zero field [1] 75

Hình 3.53 Tần số cộng hưởng của một số nguyên tố tại 1T [34] 77

Hình 3.54 Ví dụ về so sánh hình ảnh 7T và 3T [1] 82

Hình 3.55 Điểm nổi bậc của MRI 7T mới nhất của hãng Siemens [1] 83

Hình 3.56 Chế độ hoạt động của MRI 7T Terra Siemens [1] 84

Hình 3.57 Bảng thông số kỹ thuật khối từ 7T Magnetom Terra.[1] 84

Hình 3.58 Cấu tạo hệ thống cộng hưởng từ 7T Siemens [1] 85

Hình 3.59 Khối từ 7T Siemens [1] 86

Hình 3.60 Sự kết hợp của MRI và PET [1] 88

Hình 3.61 Thế hệ PET/MRI đầu tiên 89

Hình 3.62 Thế hệ PET/MRI thứ hai 90

Hình 3.63 Thế hệ PET/MRI hiện nay 91

Hình 3.64 Công nghệ PET/MRI Siemens [1] 91

Hình 3.65 Công nghệ đầu thu PET trong hệ thống lai hóa.[1] 92

Hình 3.66 Quá trình sản xuất khối từ siêu dẫn của hệ thống mMR 92

Hình 3.67 Quá trình đóng gói magnet MRI và gantry PET 93

Hình 3.68 Cấu tạo của một hệ thống PET/MRI Siemens.[1] 94

xvii

Hình 3.69 Hệ thống làm mát PET/MRI [1] 95

Hình 4.1 Nạp Helium lỏng bổ sung tại sân bay Tân Sơn Nhất 98

Hình 4.2 Một ví dụ nhiễu ảnh do hai máy đặt gần nhau 100

Hình 4.3 Thiết kế phòng đặt máy và chú thích thiết bị 100

Hình 4.4 Yêu cầu khoảng cách của hai máy MRI 3T đặt gần nhau 103

Hình 4.5 Thiết kế phương án vận chuyển máy 104

Hình 4.6 Thiết kế vị trí lắp thiết bị phụ trợ 105

Hình 4.7 Quá trình test lồng Faraday 106

Hình 4.8 Kết quả test lồng Faraday 107

Hình 4.9 Vận chuyển thiết bị MRI vào phòng 108

Hình 4.10 Quá trình lắp cơ khí 108

Hình 4.11 Định vị khối từ và bàn bệnh nhân theo mẫu [1] 109

Hình 4.12 Định vị và cân chỉnh cơ khí khối từ 109

Hình 4.13 Các điểm kết nối đến ống xả khí helium [1] 110

Hình 4.14 Kiểm soát các van an toàn [1] 110

Hình 4.15 Hình ảnh sau kết nối an toàn cho khối từ [1] 111

Hình 4.16 Sơ đồ bố trí van an toàn trên khối từ.[1] 111

Hình 4.17 Kiểm tra Shocklog [1] 112

Hình 4.18 Kiểm tra thông số khối từ siêu dẫn 112

Hình 4.19 Kiểm tra áp lực khối từ và mức helium lỏng [1] 113

Hình 4.20 Quy trình kiểm tra helium lỏng [1] 113

Hình 4.21 Định vị và cân chỉnh bàn bệnh nhân 114

Hình 4.22 Cân chỉnh bàn bệnh nhân và khối từ [1] 114

Hình 4.23 Thứ tự bố trí trong phòng thiết bị [1] 115

xviii

Hình 4.24 Lắp đặt trong phòng thiết bị 116

Hình 4.25 Lắp đặt hệ thống chiller ngoài trời 116

Hình 4.26 Thứ tự bố trí trong phòng điều khiển 117

Hình 4.27 Thiết bị trong phòng điều khiển 117

Hình 4.28 Mức helium lỏng tối thiểu trước khi nạp từ [1] 118

Hình 4.29 Kiểm tra helium và thông số khối từ 119

Hình 4.30 Theo dõi thông số khối từ trong quá trình nạp Helium 119

Hình 4.31 Quá trình nạp bổ sung helium lỏng 120

Hình 4.32 Quá trình self testing ở 700A 121

Hình 4.33 Test helium và cáp ramp 122

Hình 4.34 Theo dõi áp lực khối từ 122

Hình 4.35 Quá trình nạp dòng điện vào khối từ 123

Hình 4.36 Quá trình triệt tiêu dòng điện ở mạch ngoài 124

Hình 4.42 Testtools để đánh giá tình trạng máy trước khi bàn giao 129

Hình 4.43 Phiếu kiểm tra an toàn và cam kết chụp MRI 130

Hình 4.44 Quá trình chuẩn bị bệnh nhân trước khi chụp 131

Hình 4.45 Quá trình chụp và thu nhận hình ảnh từ bệnh nhân 131

Hình 4.46 Hiển thị tự động sau mỗi chuỗi xung chụp 132

Hình 4.47 Bộ test năng lượng sóng RF và bộ đo từ trường 136

xix

Hình 4.48 Một số khóa đào tạo thiết bị MRI cho kỹ sư bệnh viện 137

xx

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tần số Lamor của một sô nguyên tố [15] 13

Bảng 2.2 Tần số Lamor đối với từ trường khác nhau.[15] 13

Bảng 2.3 Cyclotron và máy phát phóng xạ [32] 29

Bảng 3.1 Yêu cầu an toàn khi triển khai một dự án MRI 7T Siemens [1] 87

Bảng 4.1 Những đối tượng gây nhiễu ảnh MRI [1] 101

Bảng 4.2 Khoảng cách an toàn đối với ảnh hưởng từ trường [1] 102

Bảng 4.3 Danh mục thiết bị phụ trợ [1] 105

Bảng 4.4 Ví dụ hợp đồng dịch vụ trọn gói 5 năm 135

NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân

PAT Parallel Acquisition Technique Kỹ thuật hình ảnh song song

SMS Simultaneous Multi-Slice Thu nhận đồng thời nhiều lát cắt

VIBE Volume Interpolated Hold Examination

Breath-Lấy mẫu giảm phần tử (nín thở)

RIS Radiology information system Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh

HIGH-V MRI High Value MRI MRI mang lại giá trị cao

xxii

FCL Fixed current lead Chốt dẫn dòng điện vào khối từ MPSU Magnet power supply unit Bộ nguồn nạp dòng điện cho khối từ MSUP Magnet supervisory Bộ giám sát thông số khối từ

1

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Như chúng ta đã biết, Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được phát hiện vào năm 1938 bởi nhà khoa học I Rabi, ông nhận giải Nobel vật lý 1944, từ đó phương pháp cộng hưởng từ được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực hóa phân tích và y học Từ khi chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên được chế tạo phục vụ ghi nhận ảnh cơ thể người vào 1977 bởi nhà khoa học R Damadian, các ứng dụng thăm khám và công nghệ của thiết bị không ngừng được cải tiến theo thời gian

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển vượt bậc theo từng năm MRI đã và đang đi vào thường quy với các kỹ thuật cơ bản được sử dụng hằng ngày tại các bệnh viện Tuy nhiên, đâu đó vẫn còn rất nhiều những công nghệ mới, kỹ thuật mới đang và sẽ tiếp tục được phát triển trên các hệ thống MRI Luận văn sẽ mang đến những cập nhật mới nhất về các công nghệ đang được các hãng thiết bị lớn phát triển trên hệ thống MRI như: công nghệ tái tạo hình ảnh nâng cao, các hệ thống cảm biến mới trong MRI, công nghệ khối từ siêu dẫn không bay hơi helium…

Ngày nay, thời đại của các hệ thống lai hóa (hybrid) đang phát triển vượt bật với sự kết hợp giữa các trường phái chẩn đoán hình ảnh, y học hạt nhân và cả ung bướu Những hệ thống y học hạt nhân như SPECT, PET với các giá trị về hình ảnh chuyển hóa cấp độ phân tử, được kết hơp với các hệ thống hình ảnh chẩn đoán như CT, MRI để mang đến những hình ảnh lai hóa với giá trị cao về cả thông tin cấu trúc giải phẩu cũng như chuyển hóa chức năng Chúng ta có thể kể đến những hệ thống SPECT/CT và PET/CT đặt chân vào Việt Nam từ những năm 2009 Luận văn sẽ có những cập nhật và bàn luận về hệ thống mong chờ được xuất hiện tại Việt Nam là hệ thống PET/MRI

Ngoài ra, những hệ thống MRI với từ trường cao hơn cũng sẽ được bàn luận, đặc biệt là hệ thống MRI 7T Luận văn sẽ cập nhật những thông tin mới nhất của thị trường về hệ thống MRI 7T, sự khác biệt so với các hệ thống 1.5T và 3T trong việc tối ưu hóa tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu, độ phân giải không gian, thời gian, cũng như hỗ

2

trợ nhiều hơn các hạt nhân nguyên tử (2H, 23Na, 31P, 13C, 19F, 17O, 39K), qua đó mang đến bức tranh lâm sàng chất lượng hơn, chi tiết hơn và có ý nghĩa hơn, đặc biệt trong việc khảo sát thần kinh

Bên cạnh đó, vai trò đội ngũ kỹ thuật y sinh cũng chưa tiệm cận được những công nghệ của dòng thiết bị này nên việc triển khai dự án, vận hành thiết bị, duy trì bảo dưỡng suốt vòng đời của máy còn phụ thuộc hoàn toàn vào hãng sản xuất Luận văn cũng sẽ chia sẻ kinh nghiệm thực tế trong việc triển khai một dự án thực tế MRI 3T công nghệ cao tại bệnh viện đột quỵ tim mạch Cần Thơ, phân tích những khó khăn của dự án trong việc phải triển khai ngay trong mùa dịch Covid 19, từ các khâu khảo sát mặt bằng, thi công, lắp đặt, cân chuẩn…thông qua đó, cho thấy vai trò của kỹ sư y sinh trong việc đáp ứng triển khai các hệ thống công nghệ hiện đại và đắt tiền hiện nay

Vấn đề bảo dưỡng bảo trì hệ thống MRI 3T, cũng như vai trò của kỹ sư hãng và kỹ sư bệnh viện cũng sẽ được phân tích và bàn luận trong luận văn, qua đó cho thấy những vấn đề đang tồn tại ở thị trường, cũng như tầm quan trọng của việc định hướng, lập kế hoạch đối với các hệ thống cộng hưởng từ mới

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn:

Trên cơ sở sự cần thiết như phân tích ở trên, đề tài này đặt ra mục tiêu cũng như nhiệm vụ sẽ tiến hành:

- Tổng quan về nguyên lý cộng hưởng từ: tìm hiểu nguyên lý thu ảnh, tái tạo hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân

- Tìm hiểu nguyên lý của hệ thống hình ảnh lai hóa PET/MRI: nguyên lý thu ảnh y học hạt nhân PET, cảm biến PET trong từ trường MRI, hệ thống PET/MRI

- Cập nhật, phân tích các công nghệ mới được sử dụng trên các hệ thống MRI ngày nay: tổng quan công nghệ, nguyên lý, các cảm biến mới trong MRI, công nghệ khối từ siêu dẫn và đặc biệt là hệ thống MRI 7T

- Chia sẻ kinh nghiệm thực tế trong việc triển khai một dự án MRI 3T công nghệ cao tại bệnh viện đột quỵ tim mạch Cần Thơ từ khâu khảo sát mặt bằng, thi công,

3

lắp đặt, cân chuẩn…thông qua đó, cho thấy vai trò của kỹ sư y sinh trong việc đáp ứng triển khai các hệ thống công nghệ hiện đại và đắt tiền hiện nay, cũng như việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống MRI

- Phân tích vai trò của kỹ sư hãng và kỹ sư bệnh viện trong việc bảo hành bảo trì hệ thống Bàn luận các vấn đề tồn đọng ở thị trường cộng hưởng từ hiện nay, các giải pháp về các gói bảo hành của hãng Tổng quan các bước cần thực hiện cho việc bảo dưỡng hệ thống cộng hưởng từ

4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa PET/MRI:

Tại thị trương Việt Nam, tổng số thiết bị MRI của tất cả các hãng tính tới thời điểm hiện tại là thấp hơn 600 máy, và chưa có thiết bị PET/MRI nào Nhu cầu mua sắm vẫn còn rất cao khi cả nước hiện nay có đến 47 bệnh viện cấp trung ương, 419 bệnh viện cấp tỉnh, 684 bệnh viện cấp huyện, bên cạnh đó còn có 182 bệnh viện tư nhân, trong tương lai còn mở rộng thêm

Tại thị trường khác trên thế giới, theo thống kê của hiệp hội các quốc gia có nền kinh tế phát triển OECD vào 12.2020, cứ trung bình 1 triệu công dân thì có 17.6 máy MRI phục vụ, trong đó nhiều hơn 51% số lượng máy MRI là đã hoạt động hơn 6 năm

Hình 2.1 :Thống kê số lượng máy MRI tại các quốc gia OECD [1]

5

Hình 2.3: Thời gian hoạt động của máy MRI Siemens trong OECD [1] Hình 2.2:Biểu đồ tăng trưởng của máy MRI Siemens trong OECD [1]

6

Các dòng máy từ trường nhỏ hơn 1.5T với công nghệ cũ (Nam châm vĩnh cửu và 10K) đã ngưng sản xuất từ 2019, các dòng máy siêu dẫn 1.5T hiện vẫn đang là trụ cột và chiếm tỷ lệ cao nhất trên thị trường (56%), các dòng máy 3T và từ trường cao hơn đang ngày càng phát triển (44%), thống kê tính đến 2021

Kỳ vọng trong tương lai các dòng máy lớn hơn 1.5T sẽ phát triển ở mức độ vừa phải, nhường chỗ cho MRI với công nghệ mới, từ trường thấp hơn phát triển do chi phí đầu tư và khả năng đáp ứng nhu cầu thăm khám phù hợp với tình hình chung

Hình 2.4: Dự báo thị trường MRI, PET/MRI trong tương lai [1]

2.1.2 Lịch sử phát triển của cộng hưởng từ:

Quá trình phát triển của MRI bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ trước Felix Bloch và Edward Purcell, hai nhà khoa học được giải Nobel vật lý năm 1952 đã phát hiện ra hiện tượng cộng hưởng từ độc lập với nhau từ 1946

Trong thời kỳ 1950 – 1970, NMR đã được phát triển và sử dụng cho phân tích phân tử vật lý và hóa học 1971 Raymond Damadian chỉ ra rằng thời gian hồi giãn

8

từ nguyên tử của các mô và khối u là khác nhau, từ đó thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh 1975 Richard Ernst đề xuất sử dụng mã hóa pha, mã hóa tần số và phép biến đổi Fourier trong việc tái tạo ảnh và kỹ thuật này là nền tảng của kỹ thuật MRI hiện nay

Từ 1977 đến nay, với hàng loạt các cải tiến về sản phẩm MRI, các ứng dụng kèm theo cũng ngày càng phát triển, cụ thể: Cộng hưởng từ toàn thân, chụp mạch MRI, fMR, MRs……

2.1.3 Vai trò của cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh:

Cộng hưởng từ là một kỹ thuật nhanh, gọn, không gây tác dụng phụ, là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu quả và phổ biến trên thế giới MRI được sử dụng để kiểm tra gần như mọi cơ quan trong cơ thể, kỹ thuật này đặc biệt có giá trị trong việc chụp ảnh chi tiết não Kể từ khi MRI mang lại hình ảnh ba chiều, bác sĩ có thể nắm được thông tin về địa điểm thương tổn, những thông tin như vậy rất có giá trị trong chẩn đoán các bệnh lý về não

2.1.4 Tổng quan về PET/MRI và vai trò trong chẩn đoán bệnh:

So sánh với hình ảnh CT, hình ảnh MRI có những ưu điểm hơn hẳn: hình ảnh giải phẩu MRI với độ tương phản mô mềm cao hơn, không sử dụng bức xạ ion hóa, có thể đánh giá được chức năng của một số cơ quan Tuy nhiên độ nhạy của MRI vẫn còn thua xa độ nhạy của PET (độ nhạy của PET là 10212 mol/l, độ nhạy của MRI là 1025 mol/l) PET vẫn là một thành phần thiết yếu nhất của hình ảnh phân tử Đối với các chỉ định MRI, người ta căn cứ vào các giao thức (protocol) cho: tưới máu, khuyết tán, quang phổ để phát hiện chuyển hóa Sự kết hợp hình ảnh chức năng của PET và MRI sẽ bổ trợ cho nhau trong nhiều trường hợp (vd: chẩn đoán quá trình bệnh, chức năng não,)

Sự kết hợp MRI và PET lần đầu tiên được thực hiện trên các máy riêng biệt, sau đó hình ảnh được chồng ghép cơ học lên nhau Sự chồng ghép này phù hợp cho não nhưng với các cơ quan khác có nhiều khó khăn do sai số của dịch chuyển Việc sử dụng một thiết bị duy nhất để thực hiện cả hai kỹ thuật chụp làm cho việc chồng

9

ghép hình ảnh trở nên dễ dàng hơn Ý tưởng thiết bị PET/MRI đã sớm được nảy sinh và mô tả trước khi có thiết kế thực của PET/CT, khó khăn kỹ thuật khi các phương thức hoạt động của PET và MRI tác động lẫn nhau làm cho việc kết hợp 2 phương thức trở nên cực kỳ phức tạp, các xung của sóng vô tuyến có tần số radio (RF) của MRI ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử của PET, và ngược lại các thành phần PET cũng có thể làm méo mó trường điện từ của MRI Chất lượng hình ảnh PET là thách thức lớn nhất đối với hệ thống PET/MRI bởi vì hiệu chỉnh bản đồ về sự suy giảm cường độ bức xạ rất khó khăn khi ghép cùng với MRI, chính phần cứng của MRI và các vật liệu dày đặc khác làm suy giảm đáng kể tín hiệu của các bức xạ

Do đó việc thiết kế ra một thiết bị PET/MRI đồng trục là một quá trình rất lâu dài và tốn kém, giá trị một hệ thống PET/MR đồng trục hiện nay cao gấp 5-8 lần giá trị của một thiết bị MRI đơn lẻ Công nghệ chẩn đoán hình ảnh kết hợp mới này nhằm mục đích cung cấp thông tin về nguyên nhân, tác động, và sự phát triển của nhiều bệnh lý khác nhau với độ chính xác và chắc chắn cao

2.2 Cơ sở lý thuyết

2.2.1 Nguyên lý cơ bản cộng hưởng từ MRI

2.2.1.1 Từ trường – khả năng từ hóa của các chất:

Trong kỹ thuật cộng hưởng từ, các xung và tín hiệu cộng hưởng từ đều là các sóng radio, về cơ bản có dạng hình sin Các tham số mô tả một sóng bao gồm: chu kỳ, tần số, bước sóng, biên độ và pha

Các hạt cơ bản của nguyên tử có mang điện tích như proton và electron đều quay quanh trục của nó vì chúng có tính chất spin và do đó sinh ra một từ trường rất nhỏ có thể xem như là một nam châm

Nước chiếm một tỷ lệ rất lớn trong cơ thể (>70%) và hydro có thể tạo tín hiệu cộng hưởng từ lớn nên người ta dựa vào moment từ của proton trong nguyên tử hydro (gồm 1 proton và 1 electron) để ghi nhận ảnh cộng hưởng từ

10 2.2.1.2 Độ từ hóa thực

Khi không có tác dụng của từ trường ngoài, các proton quay quanh trục của chúng với hướng của các trục quay hoàn toàn ngẫu nhiên, khi đó từ trường của chúng tương tác và bù trừ qua lại, kết quả moment từ tổng bằng 0

Khi có sự tác động của từ trường ngoài B0 đủ lớn, các proton sẽ sắp xếp theo chiều song song và đối song với B0 Thực tế đo đạc lâm sàng cho thấy: ứng với một triệu proton trong cơ thể, số lượng proton cùng chiều với B0 chỉ nhiều hơn một hoặc hai so với số proton ngược chiều, sự khác biệt rất nhỏ này chính là độ từ hóa thực M0, là từ trường cơ sở để tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ Độ từ hóa thực tăng lên khi cường độ từ trường B0 tăng và do đó tín hiệu cộng hưởng từ tỷ lệ với cường độ từ trường B0

Hình 2.6 Moment từ tổng khi đặt trong từ trường ngoài [1] 2.2.1.3 Vector độ từ hóa thực:

Để mô tả hiện tượng cộng hưởng từ, ta xây dựng một hệ trục tọa độ gồm 03 trục Ox, Oy, Oz vuông góc với nhau từng đôi một, trục z là trục thẳng đứng theo chiều tác động của từ trường ngoài B0, mặt phẳng Oxy vuông góc với trục z, từ trường ngoài B0 gây ra một độ từ hóa thực M0 có vector hướng cùng chiều với B0, do đó độ từ hóa thực còn được gọi là độ từ hóa dọc, tại B0 các proton đang quay với tần số Lamor

11 2.2.1.4 Trạng thái năng lượng của Proton:

Khi proton có trục quay cùng chiều với chiều tác động của từ trường, nó ở trạng thái năng lượng thấp và bền vững Khi proton có trục quay ngược chiều với chiều tác động của từ trường, nó ở trạng thái năng lượng cao, kém bền vững và có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái năng lượng thấp (cùng chiều với từ trường) Theo lý thuyết lượng tử, proton có khả năng hấp thụ hoặc giải phóng một photon để chuyển từ trạng thái năng lượng cao sang trạng thái năng lượng thấp và ngược lại

Trong thực tế, proton không hề ở nguyên một trạng thái mà luôn luôn tương tác với nhau (tương tác spin – spin) và tương tác với môi trường xung quanh (tương tác spin – lattice) giải phóng và hấp thu năng lượng để chuyển qua lại giữa các trạng thái Tuy nhiên, nhìn chung số proton cùng chiều và ngược chiều với từ trường ngoài hoàn toàn ổn định

2.2.1.5 Tần số cộng hưởng:

Tốc độ quay của các proton đều giống nhau và phụ thuộc vào từ trường ngoài

Hình 2.7 Tần số Lamor [31] Phương trình trên là phương trình Lamor, Trong đó:

12 f0: tần số quay (còn gọi là tần số)

Hằng số lamor /2 (tỷ số hồi chuyển, tần số tiến động) của proton tại từ trường 1T (Mhz/T)

B0: Cường độ từ trường ngoài

13 Bảng 2.1 Tần số Lamor của một sô nguyên tố [15]

8.6 MHz

17.2X1.5= 25.8 MHz

17.2X3= 51.6 MHz Tỷ số hồi chuyển là một hằng số đi với từng vật chất riêng biệt

Cường độ từ trường B0 tỷ lệ với tần số Lamor, do đó khi B0 tăng lên thì tần số Lamor cũng tăng lên và ngược lại

2.2.1.6 Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân:

Hiện tượng cộng hưởng từ xuất hiện khi một phần tử từ kích thích các dao động nhiễu loạn để chúng có cùng tần số với nó Các proton sẽ tăng năng lượng và cộng hưởng nếu năng lượng được nhận chính xác với tần số hồi chuyển của nó

14

Năng lượng tại tần số hồi chuyển của Hydro ở tất cả các từ trường trong hệ thống MRI tương ứng với băng tần của sóng radio trên phổ điện trường Để xảy ra hiện tượng cộng hưởng từ của Hydro, người ta sử dụng một xung RF tương ứng chính xác với tần số Lamor của vector từ hóa thực của Hydro (NMV – Net Magnetization Vector)

Hình 2.8 Kích thích cộng hưởng.[1]

Các hạt nhân của các nguyên tử khác trong cơ thể thẳng hàng với B0 không bị cộng hưởng, vì tần số hồi chuyển của chúng khác với của Hydro Điều kiện kích thích là áp dụng xung RF để tạo ra hiện tượng cộng hưởng Sự hấp thụ năng lượng này làm các spin của proton tăng năng lượng và trở thành các hạt có mức năng lượng cao, sự khác nhau giữa 2 mức năng lượng này chính là năng lượng cần thiết để tạo ra cộng hưởng thông qua sự kích thích Khi cường độ từ trường tăng lên, sự khác biệt năng lượng giữa 2 mức này cũng sẽ tăng lên và do đó cần nhiều năng lượng hơn (tần số lớn hơn) để tạo ra cộng hưởng

Khi phát một xung RF với tần số bằng tần số Lamor tạo ra một từ trường B1 vuông góc với B0, do B1 quay quanh Z với tần số cộng hưởng của các proton nên đối với các proton thì từ trường B1 coi như đứng yên, là từ trường tĩnh giống như B0. Dưới tác dụng của từ trường B1 trong một thời gian nhất định, vector M0 thay đổi và lệch ra khỏi trục Z một góc theta (góc lật) và có giá trị tùy thuộc vào cường

15

độ từ trường B1và thời gian phát xung Góc theta thường được dùng để đặt tên xung RF đã tạo ra nó (Xung RF 900, RF 1800……)

Hình 2.9 Góc lật [31] Xung 900

Dưới tác dụng của xung kích thích kéo dài trong một khoảng thời gian và với một tần số thích hợp thì vector từ hóa thực M0 đang hướng theo trục Z sẽ bị lật ngang 900 và nằm xuống mặt phẳng xy Độ từ hóa thực khi đó chuyển hoàn toàn thành độ từ hóa ngang Mxy quay quanh Z với tần số cộng hưởng Lamor, độ từ hóa dọc lúc này biến mất

 Tín hiệu cộng hưởng từ:

Khi cho một từ trường B1 dưới dạng xung RF quay quanh và vuông góc với trục Z, có tần số quay bằng với tần số quay của các proton thì từ trường B1 sẽ cộng hưởng với từ trường của các proton, làm lệch độ từ hóa thực M0 ban đầu một góc theta so với trục Z xuống mặt phẳng xy Khi ngừng phát xung, từ trường biến thiên Mxy này sẽ sinh ra một sóng điện từ (sóng radio) và có thể thu nhận được bằng anten Sóng radio này chính là tín hiệu cộng hưởng từ và quá trình tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ được gọi là quá trình cảm ứng cộng hưởng từ

16 2.2.1.7 Quá trình hồi giãn dọc – thời gian T1:

Khi ngừng phát xung RF (900, 1800, 450….), các proton lúc này chỉ chịu tác dụng của từ trường B0 và có xu hướng giải phóng phần năng lượng đã hấp thụ từ xung RF vào môi trường xung quanh để trở về trạng thái năng lượng thấp (trạng thái cân bằng) Đây gọi là tương tác Spin – Lattice (Spin – môi trường) Trong quá trình tương tác Spin – môi trường, dưới tác động của từ trường B0 ban đầu, độ từ hóa dọc sẽ dần dần được khôi phục lại Quá trình này gọi là quá trình hồi giãn dọc Khoảng thời gian cần thiết cho quá trình hồi giãn dọc được gọi là thời gian hồi giãn dọc hay thời gian T1

Trong thực tế, T1 chính là thời gian cần thiết để độ từ hóa dọc khôi phục lại khoảng 63% giá trị ban đầu M0 của nó T1 là một tham số đặc trưng cho mỗi mô và cũng được dùng để tạo ra độ tương phản giữa các mô trên ảnh cộng hưởng từ

Hình 2.10 Quá trình hồi giãn dọc T1 [31]

Đường cong biểu diễn mức độ hồi phục của vector từ hóa dọc theo thời gian cho thấy hơn phân nửa độ lớn của vector từ hóa dọc được phục hồi rất nhanh Để khôi phục hoàn toàn M0 cần phải mất một thời gian gấp 4 đến 5 lần thời gian T1 Do đó, trong thực tế T1 có giá trị trong khoảng 100 ms đến 3000 ms

Trong thực tế, thời gian giữa các xung RF liên tiếp nhau không đủ để xây dựng dữ liệu thời gian T1, do đó độ từ hóa M không thể khôi phục lại bằng với M0 Ứng dụng của xung RF liền kề để hoàn tất thời gian T1 sẽ lật độ từ hóa M vào mặt phẳng ngang nhưng với cường độ nhỏ hơn xung RF đầu tiên

17

Hình 2.11 Thời gian lặp xung TR [3]

Khi khoảng thời gian giữa các xung RF không đủ để M phục hồi thành M0, tại thời điểm phát xung RF thứ hai chỉ có M’ (a) Nếu khoảng thời gian trên lặp lại lần nữa, chỉ có M’’ tồn tại (b) Giá trị M’’ < M’ nhưng độ chênh lệch này sẽ nhỏ hơn giữa M và M’ Khoảng thời gian giữa hai lần phát xung kích thích được gọi là thời kích hoặc thời lặp, viết tắt là TR (time repetition)

Trong trường hợp TR dài hơn hoặc bằng với T1, nên khi phát xung lần thứ hai, độ từ hóa dọc hầu như đã khôi phục hoàn toàn và tín hiệu cộng hưởng từ có được sau khi phát xung lần thứ hai cũng giống như tín hiệu sau khi phát xung lần thứ nhất

Trong trường hợp thời kích TR nhỏ hơn nhiều so với T1, khi phát xung lần thứ hai, độ từ hóa dọc chỉ mới khôi phục được một phần (Mz) Trong trường hợp này, độ từ hóa dọc Mz này bị lật ngang vào mặt phẳng xy, tạo ra một độ từ hóa ngang M’xy nhỏ hơn độ từ hóa ngang Mxy của lần phát xung đầu tiên Độ từ hóa ngang M’xy này tạo ra tín hiệu lần thứ hai nhỏ hơn so với tín hiệu lần một

Với những lần phát xung tiếp theo sau được lặp lại sau mỗi khoảng TR, độ từ hóa dọc Mz được khôi phục lại dưới tác dụng của từ trường B0 sẽ khá ổn định và có độ lớn tùy thuộc vào sự chênh lệch giữa TR và T1 của mô

Trong các ứng dụng lâm sàng, sự khác biệt về thời gian T1 giữa các mô thường được tận dụng để tạo hình cộng hưởng từ, cho phép chúng ta phân định rõ ranh giới giữa chúng Trên hình cộng hưởng từ, các mô có thời gian T1 khác nhau

18

càng lớn thì mức độ trắng đen giữa chúng càng rõ, tức là độ tương phản cao Hình cộng hưởng từ sử dụng mức độ khác biệt T1 giữa các mô để tạo độ tương phản được gọi là hình trọng T1

2.2.1.8 Quá trình hồi giãn ngang – thời gian T2:

Sau khi tắt xung kích thích, về nguyên tắc độ từ hóa ngang chỉ mất hẳn khi độ từ hóa dọc đã khôi phục lại hoàn toàn Tuy nhiên, trong thực tế độ từ hóa ngang thường mất khá nhanh, đồng nghĩa với tín hiệu cộng hưởng từ cũng mất khá lâu trước khi độ từ hóa dọc khôi phục xong

Do tác dụng trước đó của xung kích thích, sau khi tắt xung các proton vẫn còn quay cùng pha với nhau Theo thời gian, các proton va chạm với nhau và lệch pha, chúng bắt đầu quay nhiễu loạn, làm Mxy suy giảm rồi mất hẳn, gọi là quá trình hồi giãn ngang T2 Quá trình này xảy ra khá nhanh so với quá trình hồi giãn dọc Nguyên nhân của quá trình hồi giãn ngang là sự tương tác spin – spin Tuy nhiên, giả sử không có tương tác spin – spin thì độ từ hóa ngang cũng sẽ mất hẳn khi độ từ hóa dọc khôi phục lại hoàn toàn Do đó, thời gian T2 không thể dài hơn thời gian T1