PHẦN MỞ ĐẦU
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
Năm 1938, nhà khoa học I Rabi đã phát hiện phương pháp cộng hưởng từ, sau đó phương pháp này được trao giải Nobel Vật lý năm 1944 và được nghiên cứu cũng như ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong hóa phân tích và y học Kể từ khi chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên được chế tạo vào năm 1977 bởi nhà khoa học R Damadian, những ứng dụng thăm khám và công nghệ của thiết bị này 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
Hệ thống MRI từ trường cao, đặc biệt là MRI 7T, đem đến những tiến bộ vượt trội so với hệ thống 1,5T và 3T MRI 7T tối ưu hóa tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, độ phân giải không gian, thời gian quét và hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến như quang phổ cộng hưởng từ (MRS) và hình ảnh khuếch tán (DWI) Việc áp dụng MRI 7T ngày càng rộng rãi, cung cấp thông tin hình ảnh chi tiết hơn và chẩn đoán chính xác hơn.
2 trợ nhiều hơn các hạt nhân nguyên tử ( 2 H, 23 Na, 31 P, 13 C, 19 F, 17 O, 39 K), 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 đội ngũ kỹ thuật y sinh chưa thành thạo công nghệ thì việc triển khai, vận hành và bảo dưỡng thiết bị mới phụ thuộc vào nhà sản xuất Bài luận cũng sẽ chia sẻ kinh nghiệm triển khai dự án chụp MRI 3T tại Bệnh viện Đột quỵ Tim mạch Cần Thơ, phân tích những khó khăn trong quá trình thực hiện dự án ngay trong mùa dịch COVID-19, đặc biệt là các khâu khảo sát mặt bằng, thi công, lắp đặt và cân chuẩn, qua đó nhấn mạnh đến vai trò quan trọng của kỹ sư y sinh trong việc vận hành các hệ thống công nghệ hiện đại và đắt tiền.
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.
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
Kinh nghiệm triển khai dự án MRI 3T tại Bệnh viện Đột quỵ Tim mạch Cần Thơ đã được chia sẻ, bao gồm các giai đoạn từ khảo sát mặt bằng cho đến 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.
TỔNG QUAN
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
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]
Các dòng máy từ trường dưới 1,5T với công nghệ cũ đã ngừng sản xuất từ năm 2019 Hiện nay, máy siêu dẫn 1,5T vẫn là dòng phổ biến nhất (56%), trong khi máy 3T và từ trường cao hơn đang dần chiếm thị phần (44%) Tỷ lệ này được thống kê đến năm 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]
7 Hình 2.5: MRI Siemens hiện tại và định hướng công nghệ tương lai [1] 2.1.1 Định nghĩa về cộng hưởng từ:
Chụp cắt lớp cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging – MRI) là một kỹ thuật tạo ảnh thường được sử dụng chủ yếu trong y học chẩn đoán để tạo ra các ảnh có chất lượng cao về cấu trúc bên trong cơ thể con người MRI dựa trên cơ sở nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân, là một kỹ thuật phân tích phổ sử dụng trong nghiên cứu khoa học để thu được các thông tin vi mô về cấu trúc vật lý hay hóa học của các phân tử MRI ban đầu được sử dụng làm một phương pháp chụp cắt lớp, tức là tạo ra một ảnh tín hiệu NMR trong một lớp cắt mỏng xuyên qua cơ thể con người Ngày nay, MRI đã được mở rộng từ phương pháp chụp ảnh lớp cắt thành phương pháp chụp ảnh khối thể tích
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.
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
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
Tốc độ quay của các proton đều giống nhau và phụ thuộc vào từ trường ngoài
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]
Bảng 2.2 Tần số Lamor đối với từ trường khác nhau.[15]
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
Dưới tác động của từ trường B1 trong một khoảng thời gian nhất định, vector M0 tức vector từ hóa của vật liệu thay đổi hướng và lệch khỏi trục Z một góc theta, được gọi là góc lật Giá trị của góc lật này phụ thuộc vào cường độ của từ trường B1.
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 90 0 , RF 180 0 ……)
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 90 0 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:
Cấu tạo và thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống cộng hưởng từ Siemens
36 Hình 2.23 Cấu tạo khối từ siêu dẫn [1]
Khối từ siêu dẫn được thiết kế gồm 6 cuộn dây chính (primary coils) để tạo ra từ trường đồng nhất FOV
Hai cuộn dây “active shield coils” quấn bên ngoài để giảm sự lan tỏa của đường sức từ ra môi trường xung quanh từ trục XY=9m, Zm xuống còn XY=2m, Z=4m
Quench heaters: là bộ phận sấy, làm phát sinh nhiệt điện trở, dẫn đến khối từ mất tính siêu dẫn (R#0) và xả toàn bộ từ trường, helium lỏng trong thời gian 20s
EIS (external interference screen): là cuộn dây được kích hoạt để xả từ trường can nhiễu từ bên ngoài (ví dụ: vật liệu sắt từ như xe hơi, thang máy, cáng bệnh nhân, …….), cuộn này thường được kích hoạt xả từ vào ban đêm khi máy MRI dừng chụp bệnh nhân
Quench protecting system: Là hệ thống tiêu tán điện áp cao khi có hiện tượng xả từ khẩn cấp xảy ra (vd: dòng điện trong khối từ 1.5T là 685A, điện trở xuất hiện khi xả từ là 6 ohm thì một điện áp sản sinh tức thời trong khối từ là 600A x 6 ohm 3.6 KV )
Supperconductive switch: công tắc từ siêu dẫn, dùng để đóng mở khi muốn đưa dòng điện vào/ra khối từ
37 Hình 2.24 Bên trong khối từ siêu dẫn [1]
Toàn bộ khối từ siêu dẫn này được bao bọc trong nhiều lớp cách nhiệt khác nhau như hình vẽ: ngâm trong bồn helium lỏng dung tích trung bình 1250L – 1500L để duy trì nhiệt độ siêu dẫn 4K; 2 lớp kế tiếp là nhôm 20K, 80K đối với dòng máy công nghệ 10K và 4K, 50K đối với dòng máy công nghệ 4K ; tiếp theo là lớp chân không; Ngoài cùng là đầu làm lạnh coldhead 4k hoạt động 24/24 và hệ thống van an toàn phục vụ service máy
2.3.2 Coolant system (Hệ thống làm mát)
38 Hình 2.25 Hệ thống làm mát [1]
Hệ thống làm mát cho thiết bị MRI gồm 4 cấp:
[cấp 1] Chiller outdoor cung cấp nhiệt độ 19-21 0 C cho hệ thống cooling module (tủ phân phối nước) =>[cấp 2] Tủ này chia ra làm nhiều nhánh giải nhiệt cho: Bộ tạo độ chênh từ Gradient XYZ, bộ khuyết đại sóng RF, Tủ điều khiển chính MRI, máy nén khí Helium, các cuộn dây gradient trong lòng khối từ siêu dẫn
=>[cấp 3] máy nén khí helium giải nhiệt cho đầu làm lạnh Coldhead gắn trên đỉnh khối từ =>[cấp 4] đầu coldhead hoạt động liên tục 24/24 để duy trì nhiệt độ 4k bên trong khối từ, đảm bảo helium luôn ở trạng thái lỏng, để các cuộn dây Niobium & Titanium đạt trạng thái siêu dẫn
2.3.3 Hệ thống Gradient (Tạo độ chênh từ)
39 Hình 2.26 Hệ thống tạo độ chênh từ Gradient [1, 31]
Gồm 3 trục XYZ GPA (Gradient power amplifier) cung cấp điện áp đủ lớn (1350 – 2000 Vdc) cho 6 cuộn dây 2X,2Y,2Z nhằm tạo ra phép cộng/trừ vào từ trường cơ bản B0 của Magnet (khối từ siêu dẫn) để tạo độ chênh từ phục vụ cho việc chọn lát cắt mong muốn
2.3.4 Hệ thống RF (Hệ thống kích thích tạo cộng hưởng)
Hệ thống RF có chức năng như sau:
*Phát năng lượng sóng RF tạo cộng hưởng
*Thu nhận tín hiệu echo MRI
*Xử lý tín hiệu MRI
*Điều khiển chuyển mạch truyền/nhận tín hiệu
*Nhận biết loại cuộn thu mỗi khi gắn vào máy
*Theo dõi mức năng lượng sóng RF phát vào bệnh nhân cho mục đích an toàn.
CÔNG NGHỆ MỚI ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG CỘNG HƯỞNG TỪ VÀ HÌNH ẢNH LAI HÓA PET/MRI
Công nghệ turbo suite
Công nghệ CAIPIRINHA (Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration): đây là một kỹ thuật hình ảnh song song được cải tiến giúp sử dụng tối ưu thông tin cấu hình độ nhạy của cuộn thu bằng cách điều chỉnh lấy mẫu giảm phần tử K-space So với kỹ thuật thu hình song song thông thường, CAIPIRINHA sử dụng lấy mẫu giảm phần tử K-space được điều chỉnh cho phù hợp với cấu hình độ nhạy của cuộn thu Trên thực tế, với CAIPIRINHA các điểm thu được trong k-space được dịch chuyển từ một phần khác bằng cách áp dụng các hiệu số bổ sung theo hướng mã hóa pha Sau đó, một thuật toán sẽ tái tạo lại các khoảng trống còn thiếu từ k-space bằng cách kết hợp thông tin từ các điểm thu được Mặc dù có độ phức tạp tính toán cao hơn, CAPIRINHA giảm thiểu hiện tượng aliasing và nhiễu và duy trì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn so với kỹ thuật PAT thông thường CAPIRINHA cho phép quét 3D đẳng hướng độ phân giải cao nhanh chóng ở các vùng cơ thể khác nhau và cho phép bệnh nhân nín thở ngắn hơn mà không ảnh hưởng đến độ phân giải, độ bao phủ, hoặc độ tương phản của hình ảnh
Compressed Sensing là một kỹ thuật cho phép tăng tốc đáng kể quá trình chụp MRI mà không làm giảm chất lượng hình ảnh Kỹ thuật này hoạt động bằng cách thu thập ít dữ liệu hơn, sau đó sử dụng thuật toán để tái tạo lại hình ảnh hoàn chỉnh Tương tự như cách chúng ta vẫn chụp ảnh một quả táo, Compressed Sensing chỉ lấy một số thông tin cơ bản, sau đó sử dụng thuật toán để lấp đầy các khoảng trống còn thiếu.
Theo truyền thống, chúng ta sẽ lấy mẫu tất cả các điểm dữ liệu thô của quả táo này trong k-space, điều này đảm bảo chất lượng hình ảnh cao nhất mà ta có thể nghĩ đến, nhưng việc lấy mẫu tất cả dữ liệu này cũng khiến cho việc chụp mất nhiều thời gian
43 Hình 3.2 Hình ảnh với chất lượng cao nhất [1]
Compressed Sensing làm thay đổi điều này dựa trên 3 quy tắc vàng:
+Quy tắc 1: Lấy mẫu con rời rạc
Những gì chúng ta biết từ các kỹ thuật tăng tốc hiện có là chúng ta chỉ lấy mẫu một phần của tất cả các điểm dữ liệu thô Tuy nhiên việc lấy mẫu con thường đi kèm với sự suy giảm chất lượng hình ảnh (vd hình ảnh có độ phân giải thấp hoặc hình ảnh bị aliasing)
Hình 3.3 Lấy mẫu con rời rạc [1]
Tại thời điểm này, tính rời rạc – một phần mới của kỹ thuật xuất hiện Rời rạc có nghĩa là các điểm dữ liệu được lấy mẫu một cách ngẫu nhiên Sự kết hợp này mang lại 2 điều cần thiết:
*Lấy mẫu con làm tăng tốc độ: Lấy mẫu càng ít điểm dữ liệu thô thì việc thu thập càng nhanh
*Với sự rời rạc: tránh được các xảo ảnh Aliasing riêng biệt Thay vào đó, lấy mẫu rời rạc dẫn đến các xảo ảnh giống như nhiễu chồng lên hình ảnh
Hình 3.4 Nhiễu ảnh do lấy mẫu con rời rạc [1]
Hãy cùng tìm hiểu cách loại bỏ nhiễu này khỏi hình ảnh: (Quy tắc 2: chuyển đổi độ thưa thớt)
+Quy tắc 2: Chuyển đổi độ thưa thớt
Thưa thớt là gì? Hình ảnh “thưa thớt” khi nội dung của nó được phản ánh trong càng ít điểm dữ liệu càng tốt Ví dụ tốt nhất về hình ảnh MRI thưa thớt là từ chụp mạch máu với các mạch màu trắng được bao quanh bởi nền đen, mặc dù nền thường không chính xác là màu đen nhưng không có thông tin quan trọng nào bị mất bằng cách đặt dữ liệu nền bằng 0, nghĩa là hoàn toàn màu đen
Hình 3.5 Ví dụ về chụp mạch máu não [1]
45 Vậy “chuyển đổi độ thưa thớt” là gì? Hãy quay lại ví dụ về nhiễu quả táo, nếu xem xét kỹ hơn và chọn một dòng của hình ảnh, cường độ hình ảnh trong dòng này cho thấy rõ ràng thông tin “có liên quan” thực tế bị nhiễu mà chúng ta muốn tách biệt khỏi thông tin có giá trị một cách lý tưởng
Hình 3.6 Ví dụ hình ảnh quả táo bị nhiễu [1]
Do đó, chúng ta biến đổi hình ảnh sang một hình biểu diễn khác, nơi dễ dàng phân biệt được thông tin hữu ích và thông tin vô ích Ví dụ điều này có thể được thực hiện với biến đổi Wavelet
Hình 3.7 Biến đổi Wavelet hình ảnh quả táo [1]
Nếu bây giờ chúng ta cắt cùng một đường, rất dễ dàng xác định một ngưỡng và nói rằng: tất cả các pixel dưới ngưỡng này đều chứa thông tin không liên quan Bằng cách loại bỏ tất cả các điểm ảnh dưới ngưỡng này, phần lớn nhiễu đã biến mất và hình ảnh đã được cải thiện rõ ràng khi biến đổi nó trở lại biểu diễn ban đầu
46 Hình 3.8 Hình ảnh quả táo sau khi loại bỏ nhiễu [1]
Tất nhiên là không dễ dàng để tách nhiễu ra khỏi thông tin có giá trị trong trường hợp ảnh MRI thực sự, đó là lý do chúng ta cần quy tắc thứ 3: Tái tạo lặp lại phi tuyến
+Quy tắc 3: Tái tạo lặp lại phi tuyến tính
Mục tiêu của chúng ta là đạt được sự cân bằng giữa tính nhất quán và độ thưa thớt của dữ liệu Điều này có nghĩa là chúng ta nên loại bỏ càng nhiều nhiễu càng tốt, nhưng đồng thời phải giữ lại thông tin hình ảnh hữu ích Hãy xem xét điều này có ý nghĩa gì đối với ví dụ ban đầu được đưa ra.
Nếu chúng ta đặt nặng chuyển đổi thưa thớt, sẽ nhận được một hình ảnh hoàn toàn đen, vì nếu chúng ta đã loại bỏ tất cả thông tin hình ảnh thì không có gì để xem
Hình 3.9 Hình ảnh không có thông tin khi đặt nặng chuyển đổi thưa thớt [1] Nếu chúng ta vượt quá tính nhất quán của dữ liệu, chúng ta sẽ lọc ra quá ít nhiễu hoặc trong trường hợp cực đoan là không có gì cả, điều này có nghĩa là tính
47 nhất quán của dữ liệu là 100%, nhưng không có sự cải thiện nào về chất lượng hình ảnh
Hình 3.10 Hình ảnh nhiễu khi đặt nặng tính nhất quán dữ liệu 100%[1]
Quá trình lặp đi lặp lại đảm bảo sự cân bằng của cả hai, và sau một số lần lặp lại xác định, cả tính nhất quán và độ thưa thớt của dữ liệu đã được tăng lên và đã đạt đến sự cân bằng lý tưởng Điều đó có nghĩa là, chúng ta đã mang lại sự hài hòa giữa tốc độ và chất lượng
Hình 3.11 Sự hài hòa về tính nhất quán và độ thưa thớt của dữ liệu [1] Nhờ 3 quy tắc vàng của compressed Sensing:
*Lấy mẫu con cố định – cho tốc độ thu nhận cao
*Chuyển đổi độ thưa thớt – để tách và loại bỏ nhiễu khỏi hình ảnh
*Tái tạo lặp lại phi tuyến tính – để cân bằng giữa tính nhất quán và độ thưa thớt của dữ liệu
48 Hình 3.12 Công nghệ compressed sensing [1]
Bây giờ ta xem xét tiềm năng mà compressed sensing có:
MRI deep resolve
Deep Resolve Gain là một phương pháp tái tạo hình ảnh thông minh giúp tăng cường tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) của hình ảnh Bằng cách này, Deep Resolve Gain có thể làm giảm thời gian quét hoặc cải thiện chất lượng hình ảnh với độ phân giải cao hơn Deep Resolve Gain giải quyết được nhiều vấn đề hiện tại, bao gồm:
+Hình thái học của cuộn thu và các kỹ thuật tăng tốc độ chụp gây nhiễu trong hình ảnh MRI
+Nhiễu có những biến thể cục bộ và các tiêu chuẩn lọc nhiễu thông thường không giải quyết được điều đó Điều này làm suy yếu SNR và giảm chất lượng hình ảnh
Deep resolve gain sử dụng dữ liệu MRI thu được để tạo bản đồ nhiễu mà phản chiếu được những điểm nhiễu ảnh trong không gian Hình ảnh MRI và bản đồ nhiễu tương ứng được sử dụng như đầu vào của một quá trình lặp lại
Hình 3.20 Công nghệ deep resolve gain [1]
53 Hình 3.21 Ví dụ ứng dụng deep resolve gain [1]
Một mạng học sâu là trái tim của deep resolve sharp, nó cải thiện chất lượng hình ảnh MRI bằng cách cải thiện độ sắc nét
Thông thường, khi chụp ảnh với thời gian quét dài, chúng ta sẽ thu được nhiều dữ liệu với độ phân giải cao Ngược lại, nếu chụp ảnh với thời gian quét ngắn, ta chỉ thu được ít dữ liệu và chất lượng ảnh sẽ thấp hơn.
=>Deep resolve sharp giúp giải quyết cả 2 vấn đề trên: thời gian thu nhận ảnh nhanh và độ nét hình ảnh cao
Hình 3.22 Công nghệ deep resolve sharp [1]
54 Trong khi thu nhận ảnh, số dòng phase encoding sẽ bị giảm đi và vì thế tổng dữ liệu thu nhận sẽ giảm đi và tốc độ quét tăng lên Từ dữ liệu thô thu được, một hình ảnh với độ phân giải thấp được tái tạo trong bước đầu tiên Sau đó AI sẽ hoạt động: thuật toán trong deep resolve sharp đã được đào tạo trên một lượng lớn các cặp dữ liệu MRI có độ phân giải thấp và độ phân giải cao Nó tái tạo lại một hình ảnh sắc nét từ dữ liệu độ phân giải thấp, từ đó sẽ ước lượng tính toán ra hình ảnh độ phân giải cao Có đối sánh với dữ liệu thô ban đầu để đảm bảo tính nhất quán của hình ảnh
Hình 3.23 Ví dụ ứng dụng deep resolve sharp [1]
Tóm lại ta có được sự so sánh kết quả cụ thể như hình minh họa bên dưới:
Hình 3.24 So sánh hình ảnh deep resolve gain và sharp [1]
Công nghệ Biomatrix
Cơ thể của mỗi bệnh nhân là duy nhất, khác nhau về sinh lý và giải phẫu, gây ra những sự khác nhau không mong muốn trong kết quả hình ảnh thu được Công
55 nghệ Biomatrix giúp vượt qua những thử thách này bằng cách tự động điều chỉnh theo khả năng thay đổi sinh học của bệnh nhân Bằng cách nắm bắt bản chất tự nhiên của con người theo cách này, chúng ta có thể cá nhân hóa việc kiểm tra đánh giá và giúp mở rộng y học chính xác
3.3.1 Bàn Biomatrix di chuyển linh động với eDrive
Biomatrix interfaces giúp tăng tốc hiệu quả việc chuẩn bị bệnh nhân, bàn Biomatrix di chuyển linh động với eDrive, cố định bàn an toàn và dễ dàng với kích hoạt khóa một chạm, điều chỉnh độ cao bàn bằng động cơ giúp định vị bệnh nhân dễ dàng, chiều cao bàn tối thiểu 56cm Thời gian sử dụng Pin 6 tháng ở chế độ chờ, tự động sạc khi được gắn vào máy quét eDrive hỗ trợ cơ giới để di chuyển bệnh nhân dễ dàng nhờ có bánh xe thứ 5 ở chính giữa, tự động đỗ vào trạm Docking mà không cần sử dụng bàn đạp, tiện dụng cho những bệnh nhân không tự đi lại được tại các khoa, phòng khác trong nội viện
Hình 3.25 Bàn Biomatrix di chuyển linh động với eDrive [1]
Công nghệ coilshim: Thích ứng với các vùng giải phẩu phức tạp, sử dụng Biomatrix tuners tăng cảm giác thỏa mái cho bệnh nhân với 3 góc nghiêng 3 0 , 9 0 ,
18 0 Từ trường B0 là đồng nhất khi không có bệnh nhân Khi có bệnh nhân có thể gây ra các biến dạng từ trường B0 (vd: ảnh hưởng đến bảo hòa chất béo) Khi không có coilshim:
56 Hình 3.26 Khi chưa có coilshim [1]
Tối ưu độ đồng nhất từ trường cục bộ với coilshim: Chủ động kích hoạt hiệu chỉnh từ trường B0 cho từng bệnh nhân nhằm giảm sự không đồng nhất từ trường do bệnh nhân gây ra
Hình 3.27 Với công nghệ coilshim [1]
Công nghệ này áp dụng trên Head/Neck coil, phù hợp với những vùng giải phẩu phức tạp, giảm thiểu biến dạng không gian, cải thiện chất lượng hình ảnh bão hòa mỡ vùng đầu cổ, giảm số lần chụp lại hơn, cho độ tin cậy chẩn đoán cao hơn 3.3.3 Công nghệ kinetic sensor
Công nghệ kinetic sensor: được gắn vào khoang máy MRI, gồm 4 camera và
1 cái marker đánh dấu gắn trên mũi bệnh nhân, chuyển động đầu của bệnh nhân được ghi lại trong không gian 3 chiều với độ chính xác trong khoảng 0.1mm và 0.1 0 Thông tin thời gian thực được sử dụng để điều chỉnh FOV một cách chính xác theo chuyển động đầu của bệnh nhân Dự đoán chuyển động để có kết quả chất
57 hình ảnh cao cấp với cảm biến động học và camera siêu mỏng bên trong khoang máy để theo dõi chuyển động đầu và hiệu chỉnh chuyển động với thông tin thời gian thực, nâng cao chất lượng hình ảnh.
Hình 3.28 Công nghệ kinetic sensor [1]
Respiratory sensors: Dự đoán chuyển động cho kết quả chất lượng cao với Biomatrix sensors Respiratory sensors được tích hợp vào spine coil, nó tạo ra một từ trường cục bộ và phát hiện sự thay đổi trong từ trường do thể tích phổi thay đổi, và hiển thị trên màn hình quá trình hô hấp của bệnh nhân ngay khi bệnh nhân vừa nằm lên bàn, có 2 cảm biến: môt cái cho trường hợp phần đầu bệnh nhân hướng vào khối từ và một cái cho trường hợp phần chân bệnh nhân hướng vào khối từ, không yêu cầu lắp đặt dây cáp và đai nhịp thở, hình ảnh về quá trình hô hấp của bệnh nhân cũng được hiển thị ở giao diện người dùng phòng điều khiển, người vận hành chỉ cần kích hoạt việc chụp dựa trên nhịp thở ghi nhận từ bệnh nhân (thì hít vào và thở ra), giao diện UI (user interface) dễ dàng sử dụng với cài đặt linh hoạt các cửa sổ thu nhận, điều này giúp quá trình chụp diễn ra nhanh hơn rất nhiều
58 Hình 3.29 Cảm biến nhịp thở và giao diện ứng dụng [1]
-Beat sensor: Là một cảm biến được tích hợp bên trong cuộn thu body biomatrix 12 Nó được thiết kế để ghi nhận nhịp tim và dùng làm cơ sở để kích hoạt quá trình chụp các pha khác nhau của tim mà không cần dùng đến các điện cực và module kết nối ECG
Một tín hiệu trường điện từ được phát ra, tín hiệu này là khác nhau tùy vào các pha của tim, nó được phát hiện bởi các coil element và phản ánh sự vận động của quả tim
Hình 3.30 Công nghệ beat sensor [1]
*Slice adjust: Từ trường B0 là đồng nhất, bệnh nhân gây biến dạng từ trường, cuộn eshim được bật để bù vào sự không đồng nhất từ trường do bệnh nhân gây ra Với những ca chụp có nhiều lần di chuyển bàn bệnh nhân, bộ phận eshim sẽ bị giới hạn (ví dụ như vùng ranh giới giữa các lần di chuyển), dẫn đến dễ bị xảo ảnh gãy xương sống và biến dạng hình học
Hình 3.31 Công nghệ slice adjust [1]
Slice adjust hiệu chỉnh chính xác khối shimming theo từng lát cắt, loại bỏ sự không chính xác của khối shimming thường quy, cho chất lượng hình ảnh nhất quán và đồng nhất trong chụp nhiều chặng dừng
Hình 3.32 Trước và sau với công nghệ slice adjust [1] Ý nghĩa mang lại của công nghệ biomatrix:
- Tăng tính dễ dàng sử dụng
- Nâng cao sự chắc chắn về tài chính:
+ Tăng tốc độ phục vụ bệnh nhân, dẫn đến khả năng thu hồi vốn đầu tư nhanh hơn
+ Giá thành mỗi ca chụp cũng giảm đi
+ Gia tăng sự hài lòng của khách hàng
+ Giảm khả năng phải chụp lại ca bệnh, do đó tăng hiệu quả của lịch hẹn các bệnh nhân khác
- Tăng chất lượng hình ảnh
- Cải thiện trải nghiệm của bệnh nhân khi chụp.
Công nghệ TIM (total imaging matrix)
Tim technology: Công nghệ mới chụp ảnh MRI toàn thân
-Từng tín hiệu riêng lẻ (L=Left, M=Medium, R=Right) tương ứng của 3 elements của một coil Cluster
61 -Các tín hiệu L/M/R từ từng coil elements được truyền vào trong mode matrix trong cuộn thu
-Mode matrix tạo ra một bộ tín hiệu kết hợp từ tín hiệu gốc L/M/R, nó là một phần cứng được tích hợp bên trong cuộn thu matrix
-Mỗi cluster có 1 mode matrix (vd như Headcoil có 12 coil elements nghĩa là có 4 clusters ~ 4 mode matrix
-Tín hiệu L/M/R được kết hợp vào trong 3 mode tín hiệu P/S/T, đây chỉ là bước trung gian, người dùng không nhìn thấy được:
-Với matrix mode (người dùng có thể chọn được từ phần mềm điều khiển), hình ảnh cuối cùng được tạo ra từ mode tín hiệu trung gian
-Hình ảnh cuối cùng là:
+Lên đến 204 coil elements và 128 kênh truyền nhận độc lập, tăng tốc độ và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao
+Trường quét lên đến 205 cm, không cần bố trí lại cuộn thu khi chuyển bộ phận chụp
+Cuộn thu nhẹ, mang lại cảm giác thỏa mái cho người bệnh
62 +Độ phân giải cao từ đầu đến chân
Thiết kế cuộn thu trượt và gắn với các thành phần truyền và nhận tín hiệu số hóa ngay tại vị trí khối từ giúp tăng cường độ ổn định và chất lượng tín hiệu Quá trình truyền nhận tín hiệu được tối ưu hóa, hạn chế nhiễu và đảm bảo tín hiệu được truyền đi với tốc độ cao, độ trung thực cao hơn so với các thiết kế truyền thống.
+Thao tác setup bệnh nhân nhanh nhờ coil trượt và gắn
+Bàn bệnh nhân tháo rời có tích hợp spine coil, gia tăng độ linh động
+Thiết kế để tăng tín hiệu trên nhiễu và tăng tốc độ lấy dữ liệu
+Gia tăng sự thỏa mái cho bệnh nhân
+Thiết kế tối ưu hóa để dễ dàng sử dụng.
Công nghệ Go
Go technologies: Cải thiện quy trình làm việc trên MRI, tăng tốc độ chụp và xử lý trên mỗi bệnh nhân
Những thử thách cho công việc thường ngày khi làm việc trên hệ thống cộng hưởng từ:
+ Mong muốn hoàn vốn nhanh cho sự đầu tư các thiết bị, cần giảm thời gian làm việc trên một bệnh nhân, gia tăng số ca bệnh
+ Kỹ năng và kinh nghiệm của từng kỹ thuật viên là khác nhau
+ Không có chương trình chụp quy chuẩn dẫn đến kết quả hình ảnh thu được khá đa dạng
+ Rủi ro và sai sót do các quy trình MRI khá nhiều Điều này đến từ áp lực cạnh tranh, gia tăng chất lượng dịch vụ, các kỹ thuật chụp đa dạng
Công nghệ Go technologies mang lại một số giá trị cụ thể:
63 Hình 3.34 Ưu điểm công nghệ Go [1]
Hình 3.35 Cải thiện quy trình MRI với công nghệ Go [1]
Select and Go: Như đã phân tích ở trên, công nghệ này sử dụng AI giúp gia tăng độ linh hoạt và nhanh chóng trong việc định vị bệnh nhân (coil gập được dưới nhiều góc khác nhau tùy vào bệnh nhân, thiết kế coil nhẹ, jack cắm trượt và gắn, chạm màn hình để đưa bệnh nhân vào vị trí cần chụp mà không cần định vị laser
Dot and go: sau khi xác nhận đăng ký bệnh nhân từ hệ thống RIS hoặc phiếu chỉ định, kỹ thuật viên chọn chương trình chụp (protocol) tương ứng và click Go thì máy sẽ tự động chụp cho đến khi kết thúc ca bệnh, một số tính năng tự động hỗ trợ gồm:
Tự động chọn trường chụp, vùng chụp
Autobolus detection để có thời gian nhất quán trong hình ảnh động
Autovoice với nhiều ngôn ngữ để lựa chọn
MPR tái tạo hình ảnh 3D
Tự động nối hình trong xử lý ảnh giúp loại bỏ lỗi ghép thủ công, tiết kiệm thời gian, đặc biệt là đối với những ca chụp có bàn di chuyển Việc tái tạo tự động này đảm bảo tính chính xác và tiết kiệm đáng kể công sức so với phương pháp thủ công truyền thống.
*Tự động gắn nhãn ghi chú sau tái tạo ảnh, nhằm cải thiện sự tự tin cho người bác sĩ khi đọc kết quả, giúp nhận biết và phân loại các bất thường dễ dàng hơn
*Giúp xem được ngay hình ảnh tổng quan sau khi chụp một cách tự động, kèm theo các công cụ hỗ trợ phân tích và đánh giá kết quả (đo đạc, dãn nhãn, định lượng bản đồ tưới máu, định lượng dòng chảy, đánh giá chức năng ….)
Công nghệ mới trong khối từ siêu dẫn
Hiện nay có 02 công nghệ mới đáng quan tâm đối với các dòng máy MRI siêu dẫn:
3.6.1 Eco-power mode: Chế độ tiết kiệm điện năng
67 Hình 3.40 Công nghệ eco-power mode [1]
Công nghệ coldhead vận hành theo chu kỳ bật/tắt ngắt quãng 80/40 phút thay vì hoạt động liên tục 24/7, hệ thống sẽ duy trì áp suất khối từ trong phạm vi 15,4 – 15,6 psiA để kiểm soát coldhead, thay vì 15,49 – 15,50 psiA ở chế độ thông thường Điều này cho phép tắt bộ phận gia nhiệt áp suất trong chế độ này, từ đó tiết kiệm tới 30% điện năng tiêu thụ và kéo dài tuổi thọ linh kiện nhờ giảm thời gian hoạt động liên tục.
Chúng ta sẽ so sánh với chế độ hoạt động bình thường như hình ảnh bên dưới: psiA
EPM Mode=OFF EPM Mode=OFF
68 Hình 3.41 Chế độ hoạt động bình thường của khối từ siêu dẫn [1]
Hình ảnh là mô tả chi tiết chế độ hoạt động bình thường của hệ thống làm lạnh khối từ siêu dẫn không có chế độ “Eco-Power mode” Đầu làm lạnh Coldhead chạy liên tục 24/24 và pressure heater ON mỗi khi áp lực khối từ giảm xuống 15.49 psiA, khi áp lực tăng lên 15.50 psiA thì pressure heater OFF, lúc này coldhead chạy sẽ kéo áp lực khối từ xuống và quá trình hoạt động bình thường diễn ra theo trình tự liên tục như vậy Khi đầu làm lạnh Coldhead hoặc máy nén khí helium F70 lỗi
“colhead failure” thì helium lỏng bên trong khối từ sẽ hóa hơi làm tăng áp lực Magnet, sau khoảng 4h thì van an toàn sẽ mở và helium sẽ thoát ra ngoài, nếu phát hiện được sự cố để kiểm soát van an toàn thì tổn thất là 3% helium lỏng/ ngày (~ 50 triệu vnđ), nếu không phát hiện được thì sẽ mất 7% helium lỏng/ ngày Khi lượng helium bay hơi quá nhiều, xuống dưới ngưỡng an toàn yêu cầu vận hành mà không được phát hiện thì khối từ sẽ tự động Quench (xả từ)
Khi coldhead/ F70 hoạt động trở lại, áp lực khối từ sẽ giảm dần về trong dải và pressure heater sẽ lại on/off tuần tự để duy trì áp lực ở mức 15-49 psiA - 15.50 psiA
Trong trường hợp rò rỉ, hệ thống sẽ giảm công suất của máy nén ("compressor off") khi áp suất khối từ giảm đến 0,2 psiG (~14,9 psiA) để tránh không khí bên ngoài xâm nhập gây đông đá bên trong Trước khi giảm công suất máy nén, hệ thống sẽ bật hệ thống gia nhiệt áp suất ("pressure heater") với công suất gấp đôi mức bình thường để cố gắng nâng áp suất khối từ lên ngưỡng hoạt động cho phép Mặc dù việc này giúp ngăn ngừa hình thành đá, nhưng lại dẫn đến thất thoát khí heli tăng lên.
3.6.2 Zero helium boil-off technology: Công nghệ không bay hơi helium
Hình 3.42 Công nghệ zero helium boil-off [1] Đây là công nghệ làm lạnh 4K, sự khác biệt so với công nghệ cũ trước đây 10K là đã có sự cải tiến về mặt công nghệ đối với đầu làm lạnh coldhead và cách thiết kế khi lắp đặt nó vào trong khối từ siêu dẫn Khi thay thế đầu làm lạnh 10K chỉ cần thay thế phần pittông gỗ bên trong coldhead trong điều kiện hệ thống có từ trường cao mà vẫn đảm bảo an toàn, còn coldhead 4K khi thay thế phải hạ từ trường về 0 vì nó thông trực tiếp với bồn helium lỏng, nguy cơ xảy ra hiện tượng xả từ khẩn cấp nếu không thực hiện đúng quy trình ramp down (hạ từ)
70 Ngoài ra công nghệ 10K có hạn chế là lượng helium bay hơi trong suốt quá trình vận hành máy, chủ đầu tư phải nạp bổ sung 500 lít helium lỏng mỗi năm (~
500 triệu vnđ), điều này rất tốn kém Công nghệ 4K giúp khắc phục được nhược điểm này, helium sẽ không bay hơi trong suốt vòng đời của máy nếu bảo quản theo đúng khuyến cáo của nhà sản xuất
71 3.6.3 Công nghệ của tương lai High-V MRI
High-V (high value) nghĩa là mô tả giá trị cao mà loại hình ảnh MRI mới này mang lại, tên gọi của nó cũng nhằm mục đích chống lại những định kiến phổ biến đối với các dòng máy từ trường nhỏ hơn 1.5T trong quá khứ High-V là sự kết hợp của các cải tiến số hóa trong lĩnh vực thu nhận và tái tạo hình ảnh được áp dụng đến hệ thống từ trường 0.55T MRI High-V có thể đạt được chẩn đoán tương đương giá trị của MRI 1.5T trong chẩn đoán thường quy Tuy nhiên High-V mang lại giá trị cao trong hình ảnh phổi và cấy ghép Với công nghệ mới, High-V vượt trội hơn bất kỳ MRI từ trường thấp nào trước đây
Hình 3.45 Công nghệ HIGH-V MRI [1]
Sử dụng công nghệ TIM 4G, thiết bị được trang bị 24 kênh độc lập, thu nhận đồng thời tín hiệu trong một FOV Ngoài ra các cuộn thu với cách thiết kế mới: nhẹ, linh hoạt, giống cái chăn để tạo sự thỏa mái cho bệnh nhân, cuộn thu đầu cổ có thể nghiêng với các góc 9 0 khác nhau, jack cắm trượt và gắn rất thuận tiện
Về công nghệ khối từ:
Hình 3.47 Khối từ siêu dẫn HIGH-V [1]
Công nghệ Magnet này được đặt tên là OR132, là magnet khô, nghĩa là không có hiện tượng các cuộn dây siêu dẫn ngâm trong bồn helium lỏng Bản thân khối từ siêu dẫn được giữ bên trong lớp chân không, và được làm mát thông qua các cầu nối nhiệt đến 1 bình helium nhỏ 0.7L được thiết kế bên trong khối từ
Bình giãn áp chịu được áp lực 10 bar khi có hiện tượng Quench Magnet (xả từ) xảy ra, 0.7L helium lỏng sẽ hóa hơi hoàn toàn (tương ứng 490L helium khí) van an toàn xả ở mức 10.6 bar Hệ thống làm lạnh coldhead hoạt động liên tục, sẽ đưa nhiệt độ khối từ giảm dần về nhiệt độ siêu dẫn (4k), khi các thông số khối từ nằm trong dải cho phép, hệ thống sẽ tự động đưa dòng điện vào để ramp up magnet lên từ trường 0.55T như ban đầu, quá trình này diễn ra trong vòng 24h
Chiều dài khối từ là 1470mm, vùng đồng nhất từ hình elip là 50x50x45 cm3 (X,Y,Z), đường kính tâm khối từ sau khi lắp Gradient coil, system body coil là 800mm, hệ thống này không có ống Quench vì sẽ không có helium thoát ra ngoài khi hiện tượng Quench (xả từ) xảy ra Magnet cũng được trang bị đầy đủ các cuộn dây: Active shielding, external interference screen (EIS) coils, fixed current lead (FCL), 4K coldhead, phải tiến hành chêm từ thụ động khi tiến hành lắp máy mới để
73 đạt được đồng nhất từ tại môi trường đặt máy, nạp và hạ từ trường là chức năng hoàn toàn tự động với khối MPSU (magnet power supply unit) tích hợp sẵn trong hệ thống
Hình 3.48 Sơ đồ bố trí cuộn dây HIGH-V [1]
OR132 có độ mạnh từ trường là 0.5543T (23.6 Mhz), dòng điện 390A, thời gian nạp hoặc xả từ là 40 phút + 90 phút làm giảm nhiệt độ FCL Khối lượng Magnet là 1600 kg
Quá trình nạp/xả dòng điện: (Ramp up và ramp down)
Quá trình này diễn ra hoàn toàn tự động, sau khi lắp đặt hệ thống MRI hoàn chỉnh phần cơ khí, thao tác tiếp theo sẽ là:
-Truy cập vào giao diện service trên máy tính chụp: Seso/Diagnose/ Magnet&Cooling/ Magnet Ramp setup/ Enable auto ramp to up / save Lúc này hệ thống sẽ tiến hành kiểm tra các thông số khối từ và sẽ ramp up magnet
74 Hình 3.49 Ramp up magnet OR132 [1]
-Sau khi nạp từ thành công, trạng thái Magnet sẽ như hình ảnh, Magnet status:
Hình 3.50 Magnet OR132 at field [1]
Công nghệ MRI 7T Siemens
3.7.1 MRI 7T: Sự chuyển dịch từ MRI nghiên cứu sang lĩnh vực y tế
Hầu như tất cả thăm khám cận lâm sàng MRI được thực hiện ở máy MRI 1.5T và 3T Tuy nhiên, kể từ cuối những năm 1990, nhiều nghiên cứu ở người đã được thực hiện ở máy từ trường cao hơn 3T và đến 2017 hệ thống MRI 7T đầu tiên được thương mại hóa cho hình ảnh thần kinh và cơ xương khớp (MSK) Ngoài ra, các hệ
76 thống MRI 8T, 9.4T, và MRI toàn thân 10.5T, 11.7T để chụp trên người đang được nghiên cứu với kỳ vọng sẽ cung cấp những cơ hội rất hứa hẹn trong nghiên cứu MRI trong tương lai
Từ trường cao hơn của 7T mang lại tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR (signal to noise ratio) cao hơn, chuyển thành độ phân giải không gian và quang phổ cao hơn, cho phép hình dung các chi tiết giải phẩu chưa từng thấy trước đây Ví dụ: nó giải quyết các cấu trúc não mà cho đến nay vẫn chưa hình dung trực tiếp với MRI, tín hiệu cao hơn được cung cấp bởi 7T tăng cường đánh giá tưới máu, khuyết tán, MRA, cộng hưởng từ chức năng như hình ảnh quang phổ và đa hạt nhân để đánh giá quá trình trao đổi chất ở mô, tế bào, cụ thể như sau:
+ Độ phân giải không gian và thời gian cao cho phép phân biệt được các cấu trúc rất nhỏ: Sự phân định siêu mịn giữa chất xám và chất trắng; Động mạch nội sọ siêu mịn; Cấu trúc vi mô và các chi tiết giải phẩu, ví dụ như các tĩnh mạch vỏ não + Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR cao (1.65 của 1.5T so với 2.1 của 7T)
+Tỷ lệ tương phản trên nhiễu CNR cao: sự tạo ra tương phản trong MRI thường dựa trên sự tương tác giữa spin hạt nhân và môi trường biến đổi của chúng T1, T2… sẽ khác nhau khi tăng B0
+Từ trường cao hơn cung cấp độ nhạy cao hơn, hữu ích cho một số chuỗi xung rất nhạy cảm với những thay đổi nhỏ ở từ trường khu vực như là SWI (susceptibility weighted imaging) dùng để phân biệt calci và máu Chuỗi xung SWI được ứng dụng để làm rõ các mạch máu nhỏ và các tĩnh mạch trong não, phân biệt vùng xuất huyết và vùng calci hóa Ngoài ra, còn hữu ích cho hình ảnh cộng hưởng từ chức năng fMR, lập bản đồ định lượng độ nhạy QSM (quantitative susceptibility mapping) Tuy nhiên, trong các ứng dụng khác, thực tế này có thể dẫn đến tăng nhiễu ảnh giả bao gồm biến dạng hình học và những tín hiệu bỏ đi trong hình ảnh
+Đối với hình ảnh có trọng số khuyết tán (DWI_diffusion weighted imaging) thì SNR cao ở UHF cũng mang lại khả năng tăng độ phân giải cao Tuy nhiên việc tăng B0, từ trường không đồng nhất của sóng RF, thời gian hồi giãn T2 ngắn hơn, tỷ
77 lệ hấp thụ năng lượng sóng RF cao hơn (SAR_specific absorption rate) là những thách thức cần giải quyết ở UHF (ultra high field)
+Trong các ứng dụng quang phổ, cường độ từ trường cao hơn dẫn đến sự phân tách lớn hơn của các tần số cộng hưởng trong phổ MRI
+ Hỗ trợ hình ảnh lên đến 10 hạt nhân nguyên tử ( 2 H, 23 Na, 31 P, 13 C, 19 F, 17 O,
39K …) Nhìn chung điểm mạnh của phương pháp X-nuclei MRI này là có thể cung cấp thông tin mà MRI Proton thông thường không thể có được (ví dụ: cung cấp thông tin chi tiết về chất nền năng lượng và độ pH, cân bằng ion, ), tuy nhiên độ nhạy và nồng độ thấp là những thách thức đối với cộng hưởng từ phổ MRS (MRI Spectroscopy), dẫn đến thời gian đo dài, độ phân giải không gian thấp
Hình 3.53 Tần số cộng hưởng của một số nguyên tố tại 1T [34]
Không giống như MRS Proton, các ứng dụng hạt nhân X cho đến nay vẫn chưa được thiết lập trên lâm sàng ở cường độ từ trường thông thường 1.5T và 3T, còn ở từ trường 7T thì mới chỉ trong nghiên cứu, mục tiêu hướng tới là thu được hình ảnh quang phổ 31 P cho toàn bộ cơ thể không bao gồm đầu và hình ảnh 23 Na của đầu ở 7T
78 Phosphorous ( 31 P) là một hạt nhõn spin ẵ, MRS của nú cho phộp phỏt hiện cỏc chất nền năng lượng như phosphocreatine (PCr), adenosine triphosphate (ATP), adenosine diphosphate và phosphate vô cơ (Pi) Ngoài ra sự cộng hưởng của phosphocholine, phosphoethanolamine, glycerophosphocholine và glycerophosphoethanolamine cung cấp thông tin chi tiết về màng tế bào và ty thể
Do đó, thông tin có giá trị về năng lượng và chuyển hóa màng có thể thu được từ phổ 31 P Hơn nữa, giá trị PH tuyệt đối có thể được tính toán từ khoảng cách giữa cộng hưởng PCr và cộng hưởng Pi trong phổ 31 P, cho phép lập bản đồ giá trị PH
Tóm lại các ứng dụng MRI 31 P tại UHF đại diện cho một phương pháp rất hứa hẹn có thể cung cấp những hiểu biết mới về sinh lý học trong tương lai
23Na là một hạt nhân spin 3/2 thể hiện tín hiệu MRI cao thứ hai trong cơ thể con người trong số các hạt nhân có thể phát hiện được MRI Do SNR tăng tuyến tính với B0nên tiềm năng của MRI 23 Na tăng lên đáng kể Natri đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý như duy trì cân bằng nội môi của tế bào, truyền điện thế hoạt động, điều chỉnh độ PH, thể tích máu, huyết áp Ở các tế bào khỏe mạnh dễ bị kích thích, nồng độ của ion Natri trong không gian nội bào là 5-15 mmol/L và trong không gian ngoại bào là 140-150 mmol/L, Gradient nồng độ này được duy trì Do đó, sự suy giảm chuyển hóa năng lượng và phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào sẽ ảnh hưởng đến gradient nồng độ, do vậy xác định nồng độ 23 Na MRI có thể cung cấp thông tin về trạng thái mô
Hình ảnh cộng hưởng từ của 39 K và 35 Cl cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự cân bằng ion ở người, hai hạt nhân này có cùng điểm chung với 23 Na là có spin hạt nhân 3/2 và trải qua tương tác tứ cực nên thời gian hồi giãn và độ nhạy còn thấp hơn cả
23Na MRI UHF đi tiên phong với các ứng dụng đầu tiên trong não và cơ được tiến hành trên những người tình nguyện (điện sinh lý tim, ….)
17O, 13 C, 19 F có thể được sử dụng làm chất đánh dấu để theo dõi các con đường trao đổi chất vì sự phong phú tự nhiên và nồng độ của chúng thấp Khi dữ liệu MRI
Công nghệ thiết bị lai hóa PET/MRI Siemens
3.8.1 Thiết bị lai hóa PET/MRI Siemens
Trên thế giới hiện nay mới chỉ có khoảng 100 hệ thống PET/MRI đồng trục được lắp đặt, trong đó hơn 70% trong số này là mMR Siemens MRI có thế mạnh về khảo sát hình thái học, chuyển động, dòng chảy, trong khi đó còn hạn chế về khảo
88 sát trao đổi chất, chuyển hóa mô, tế bào và PET là một hệ thống rất mạnh để bù trừ cho điểm yếu này để tạo thành một hệ thống hình ảnh lai hóa PET/MRI PET sử dụng một chất phóng xạ (chất đánh dấu) để cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động của một cơ quan trong cơ thể, MRI sử dụng từ trường và sóng vô tuyến để cung cấp hình ảnh về bất kỳ bộ phận nào trên cơ thể ở mọi góc Do vậy, PET/MRI cung cấp thông tin về nguyên nhân, tác động, và sự phát triển của nhiều bệnh lý khác nhau
Hình ảnh bên dưới giải thích cho chúng ta một cách chi tiết hơn tại sao phải là MRI và PET, chúng giải quyết được các điểm yếu của nhau:
Hình 3.60 Sự kết hợp của MRI và PET [1]
Chúng ta có thể thấy sự kết hợp của hai kỹ thuật này sẽ tạo nên một hệ thống chẩn đoán mạnh mẽ về: hình thái học, chức năng, độ phân giải thời gian và không gian, triển vọng phát triển, sự trưởng thành về công nghệ, ứng dụng và tiện ích lâm sàng sẵn có, độ nhạy, hình ảnh phân tử
3.8.1.1 So sánh với PET/CT:
- Ít liều bức xạ hơn (giảm 50-73%)
- Độ phân giải không gian và thời gian tốt hơn do thu nhận đồng thời
- Tương phản mô mềm và phân biệt giữa các mô tốt hơn
- Dễ dàng chụp toàn thân
- Chụp toàn thân và chụp khu trú trong một lần thăm khám
- Thu nhận đồng thời MRI và PET
- CT có độ phân giải hình ảnh phổi tốt hơn
- Hạn chế đối với bệnh nhân có thiết bị cấy ghép
- CT đời mới nhất có lợi thế công nghệ “low dose” liều thấp (cần đánh giá lại sau) 3.8.1.2 Các thế hệ phát triển của PET/MRI Siemens Đầu tiên là: Magnet MRI và Gantry PET độc lập và tách rời nhau, chụp tuần tự MRI trước, PET sau, hệ thống này dễ dàng phát triển và nâng cấp từ các thiết bị MRI hoặc PET sẵn có
Hình 3.61 Thế hệ PET/MRI đầu tiên
Tiếp theo là Magnet MRI và Gantry PET độc lập, có thể lồng ghép vào nhau, FOV (field of view) của PET giảm, chỉ dùng để khảo sát sọ não, thu nhận hình ảnh tuần tự, có thể nâng cấp hệ thống này từ các hệ thống MRI hiện hữu
90 Hình 3.62 Thế hệ PET/MRI thứ hai
Và công nghệ hiện nay là PET/MRI đồng trục, đồng tâm, thu nhận ảnh đồng thời, toàn thân, và trải qua rất nhiều sự đầu tư nghiên cứu để phát triển để có được dòng máy này
91 Hình 3.63 Thế hệ PET/MRI hiện nay 3.8.1.3 Về công nghệ mMR Siemens:
Hình 3.64 Công nghệ PET/MRI Siemens [1]
Vật liệu được sử dụng làm đầu thu PET là LSO sẽ chuyển đổi tia Gamma năng lượng cao thành ánh sáng nhìn thấy, sau đó đi qua APD để chuyển đổi ánh sáng nhìn thấy thành tín hiệu điện, vật liệu LSO chịu được trong môi trường từ trường cao và kích thước tinh thể rất nhỏ (4x4x20 mm) nên thu được tín hiệu với độ phân giải cao giúp phát hiện tổn thương rất nhỏ Công nghệ đầu thu dùng PMT (ống nhân quang điện tử) hiện đang áp dụng cho các hệ thống PET/CT không dùng được trong môi trường từ trường cao của MRI vì khi hạt mang điện đặt trong từ trường cao thì
92 nó chịu tác dụng bởi lực Lorentz làm bẻ cong đường đi của nó, làm cho tín hiệu đầu ra không chính xác Vật liệu LSO là vật liệu tốt nhất hiện nay, trước đó người ta sử dụng vật liệu BGO
Hình 3.65 Công nghệ đầu thu PET trong hệ thống lai hóa.[1]
Theo hình ảnh ta thấy, đường kính Gantry PET là 656mm rất thỏa mái cho người bệnh, gồm 56 module detector bố trí thành vòng tròn, mỗi module gồm 8 khối LSO, mỗi khối LSO gồm 64 tinh thể LSO, 9 APD, hệ thống mạch điện tử và làm mát Như vậy toàn bộ Gantry PET sẽ có tổng cộng: 448 khối detector và 448 x
Khối từ sử dụng cho hệ thống PET/MRI là 3T như trình bày ở chương trước, vật liệu siêu dẫn vẫn là hợp kim Niobium và Titanium
Hình 3.66 Quá trình sản xuất khối từ siêu dẫn của hệ thống mMR
Và đây là hình ảnh đóng gói khối từ siêu dẫn và lồng hệ thống PET vào trong:
93 Hình 3.67 Quá trình đóng gói magnet MRI và gantry PET
Ta có thể thấy một hệ thống PET/MRI công nghệ mới hoàn thiện sẽ được đóng gói théo thứ tự từ ngoài vào trong là: 2 cuộn shielding, 6 cuộn primary, 1 khối gradient gồm 6 cuộn, gantry PET, system body coil
3.8.2 Cấu tạo của một hệ thống mMR Siemens:
94 Hình 3.68 Cấu tạo của một hệ thống PET/MRI Siemens.[1]
Một hệ thống mMR gồm:
Phần MRI vẫn bao gồm các thành phần của MRI 3T như trình bày ở chương trước
Bổ sung thêm phần PET: (5) tủ điều khiển chính PET; (6) filter plate PET; gantry PET ghép vào chung khối từ MRI; thiết bị phòng điều khiển và chiller dùng chung với MRI
Hệ thống giải nhiệt cho PET/MRI chủ yếu là nước Đường màu xanh là suppy, đỏ là return
95 Hình 3.69 Hệ thống làm mát PET/MRI [1]
3.8.3 Một số lưu ý khi triển khai một dự án PET/MRI:
Hình 3.70 Khoảng cách cáp cho phép [1]
Như vậy, cách thức triển khai lắp đặt một dự án PET/MRI là tương đồng với MRI 3T như trình bày chi tiết bên dưới, chỉ là nhiều hơn ở thành phần PET trong
96 phòng thiết bị và quy chuẩn đi dây cáp của hệ thống PET để tránh gây can nhiễu trong quá trình vận hành sau này.
TRIỂN KHAI MỘT DỰ ÁN LẮP ĐẶT MÁY MRI CÔNG NGHỆ MỚI LUMINA 3 TESLA SIEMENS
Lắp đặt cơ khí máy MRI công nghệ mới
Giai đoạn lắp đặt cơ khí bắt đầu từ khi hệ thống máy MRI về đến bệnh viện gồm:
- Hoàn thiện lồng chắn sóng RF và đo đạc kiểm chuẩn do nhà thầu lồng RF Cabin thực hiện
Việc lắp đặt thiết bị điều hòa cho các phòng như phòng chụp, phòng thiết bị và phòng điều khiển thường được bệnh viện thực hiện để đảm bảo thuận tiện cho công tác bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị trong tương lai.
- Lắp đặt UPS 220 KVA cho toàn hệ thống Hạng mục này thường đi kèm trong hợp đồng chính với hệ thống MRI, do đơn vị cung cấp UPS triển khai lắp đặt
- Lắp đặt hệ thống giải nhiệt Chiller Hạng mục này do nhà thầu phụ của Siemens thực hiện dưới sự hướng dẫn của kỹ sư hãng Siemens
- Cuối cùng là lắp đặt hệ thống máy chính MRI Lumina 3T do kỹ sư Siemens thực hiện
Hình 4.9 Vận chuyển thiết bị MRI vào phòng
Hình 4.10 Quá trình lắp cơ khí 4.1.1 Lắp đặt trong phòng chụp bệnh nhân:
Trước khi lắp đặt thiết bị, cần thực hiện định vị chính xác vị trí thông qua sử dụng template Việc xác định vị trí các thiết bị này dựa trên bản thiết kế ban đầu, đảm bảo chúng kết nối ăn khớp với các thành phần khác như ống Quench, khoảng cách tối thiểu đến tường, không gian trống dành cho các dụng cụ bảo dưỡng trong phạm vi khối từ, cũng như thuận tiện cho việc di chuyển cáng đẩy bệnh nhân.
Hình 4.11 Định vị khối từ và bàn bệnh nhân theo mẫu [1]
(1), (2), (3) lần lượt là tempate cho bàn bệnh nhân, Magnet, tâm khối từ
- Sau đó đẩy khối từ vào đúng vị trí định sẵn, căn chỉnh bằng đèn laser hoặc thước thủy cho cân đối
Hình 4.12 Định vị và cân chỉnh cơ khí khối từ
- Tiến hành lắp đặt cho khối từ
110 Hình 4.13 Các điểm kết nối đến ống xả khí helium [1]
Vị trí từ 1-7 được kết nối đến ống xả khí helium, là các kết nối an toàn cho đường thoát khí Helium bên trong khối từ siêu dẫn
Hình 4.14 Kiểm soát các van an toàn [1] Đóng van 1,3 lại trong điều kiện vận hành van số 2 vẫn để mở vì đã có solenoil van điều khiển đóng/mở bởi bo mạch MSUP qua theo dõi áp lực khối từ, nếu áp lực lớn hơn 17 psiA thì van này sẽ mở để tranh thất thoát lượng lớn helium
111 Hình ảnh sau kết nối với ống Quench AlarmBox cần kết nối để coldhead On
Hình 4.15 Hình ảnh sau kết nối an toàn cho khối từ [1]
Hình 4.16 Sơ đồ bố trí van an toàn trên khối từ.[1] Đây là sơ đồ tổng quan vừa mô tả ở trên
-Tiếp theo, kết nối với laptop để kiểm tra khối từ có bị Shock trong quá trình vận chuyển hay không, có thể nhìn thấy qua trạng thái đèn trên thiết bị Shocklog cho thông tin về dao động của khối từ theo cả 3 phương x,y,z
Kết nối với bo mạch MSUP trên khối từ để giám sát thông số hoạt động của khối từ và mức helium còn lại Nếu mức helium xuống quá thấp, cần bổ sung thêm helium lỏng ngay để tránh khối từ bị quá nhiệt (trên 4K).
Hình 4.18 Kiểm tra thông số khối từ siêu dẫn Tiến hành đấu nối hệ thống làm lạnh khối từ: Chiller, IFP (SEP), máy nén khí helium, cáp nguồn, Cáp helium supply/return, coldhead Mục đích để đầu làm lạnh
113 hoạt động trước, kéo áp lực khối từ giảm về mức tiêu chuẩn (15.5 psiA ~ 0.8 psiG như đồng hồ Gauss bên dưới), không gây thất thoát helium
Hình 4.19 Kiểm tra áp lực khối từ và mức helium lỏng [1] Đây là sơ đồ quy trình tiêu chuẩn của nhà máy, minh họa cho phần trình bày vừa rồi
Hình 4.20 Quy trình kiểm tra helium lỏng [1]
Sau khi kích hoạt coldhead, cần đảm bảo khối từ được kiểm soát an toàn để lắp đặt bàn bệnh nhân Di chuyển bàn bệnh nhân đến vị trí đã xác định trước và căn chỉnh, rồi kết nối cáp vào khối từ theo hướng dẫn trên nhãn cáp.
Hình 4.21 Định vị và cân chỉnh bàn bệnh nhân
Hình 4.22 Cân chỉnh bàn bệnh nhân và khối từ [1]
Sau khi hoàn thiện lắp đặt cơ khí trong phòng chụp bệnh nhân, di chuyển mặt bàn ra/vào với tải trọng 17 psiA), điều này để đảm bảo rằng khi dòng điện đi vào khối từ làm tăng sinh nhiệt, các cảm biến FCL1&2 cũng sẽ tăng giá trị, đây là 2 cảm biến dòng điện, việc kiểm tra đường thông khí helium đi ngang qua các cảm biến và thoát ra ngoài sẽ an toàn cho khối từ Khi nhiệt độ FCL1&2 giảm đi 10K, van an toàn 17 psiA mở thì quá trình kiểm tra hoàn thành, quá trình này mất khoảng 50 phút
Hình 4.34 Theo dõi áp lực khối từ
Sau khi hoàn tất quá trình kiểm tra an toàn, có 03 lệnh sẽ thực thi cùng lúc, phần bên trái hình minh họa là MPSU3600, phần bên phải là Magnet:
“Contactor Open”: công tắc mở để cho phép dòng điện đi ra khỏi MPSU3600 truyền vào khối từ
“Switch Heater ON”: lệnh này để mở công tắc từ siêu dẫn tại Magnet để cho phép dòng điện từ MPSU3600 đi vào
“EIS Heater ON”: Lệnh này là “External interference screen”, để cung cấp dòng điện cho cuộn dây bên trong khối từ, nhằm cảm ứng các thành phần sắt từ gây ra bởi môi trường xung quanh khối từ (thang máy, xe hơi, … ), đảm bảo cho quá trình đưa dòng điện từ MPSU3600 vào Magnet không bị ảnh hưởng bởi môi trường Trong minh họa là dòng điện sẽ được ramp đến định mức 499.74 A
Hình 4.35 Quá trình nạp dòng điện vào khối từ
Khi khối từ đạt dòng điện mục tiêu, công tắc từ siêu dẫn tại nam châm sẽ khép lại và duy trì dòng điện bên trong Sau đó, dòng điện trong mạch ngoài sẽ giảm dần thông qua một tải bên trong MPSU3600 Khi dòng điện bằng không, công tắc tại MPSU3600 cũng sẽ đóng.
124 Hình 4.36 Quá trình triệt tiêu dòng điện ở mạch ngoài
Hình 4.37 Quá từ nạp từ hoàn thành
Cuối cùng, sau thời gian ngắn delay khoảng 5 phút thì một trạng thái thông báo “21 Magnet is at field” sẽ kết thúc quá trình nạp dòng điện, EIS heater cũng sẽ tắt ngay sau đó Lúc này áp lực khối từ vẫn còn cao, helium vẫn đang thoát ra bên ngoài nên cần dùng khò nhiệt để xử lý đóng van an toàn và kiểm soát các thông số khối từ
Quá trình Ramp up magnet kết thúc!
- Chờ cho các thông số khối từ magnet về trạng thái ổn định (khoảng 1 giờ), ta tiến hành đo shim
Hình 4.38 Quá trình shimming thực tế (chêm từ)
Với thiết bị array shim device được cố định trong lòng khối từ như hình ảnh, ta khởi tạo phép đó từ máy tính chụp Thiết bị này cho phép đo 24 mặt phẳng, mỗi mặt phẳng đo 20 điểm, vậy ta có tổng cộng 480 điểm đo cho toàn bộ vùng đồng nhất từ
Hình 4.39 Quy trình chêm từ
Sau khi quay đo xong, hệ thống sẽ tính toán ra số miếng kim loại cần chèn thêm Với tình huống này là ta phải chèn thêm 4.684kg vào 16 khay, mỗi khay có các ô để chèn đánh dấu ký tự A-Z dọc theo trục Z khối từ Việc chèn thêm các miếng kim loại này phải được thực hiện khi đã hạ từ trường, quá trình này tiêu tốn
126 khoảng 2% helium (30 lít) Để đạt được trạng thái shim ok thì ta phải tiến hành thao tác tương tự ít nhất 2 lần
Vai trò của kỹ sư y sinh trong việc bảo trì bảo dưỡng một hệ thống MRI
MRI là một trong những hệ thống giá trị lớn ở bệnh viện, cũng như là một hệ thống sử dụng hàng ngày trong việc thăm khám bệnh nhân Do đó, nhu cầu duy trì hệ thống hoạt động ổn định và liên tục là yếu tố hàng đầu, đặc biệt ở những bệnh viện lớn với số lượng bệnh nhân đông Việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống đóng vai trò tối quan trọng trong việc đảm bảo tính liên tục và chất lượng của hệ thống, điều đó đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ của kỹ sư trang thiết bị của bệnh viện và kỹ sư hãng
Tại những quốc gia phát triển: kỹ sư bệnh viện được các hãng đào tạo bài bản để có thể hiểu rõ về nguyên lý, vấn đề an toàn trên máy, có thể tự triển khai dự án, lắp đặt cơ khí, sữa chữa và thay thế linh kiện ở một mức độ nào đó, hãng sẽ hỗ trợ
133 nếu cần Điều này tạo thành cầu nối chặt chẽ giữa bệnh viện và hãng cung cấp thiết bị y tế, đảm bảo thiết bị y tế luôn vận hành và thay thế linh kiện, kiểm định theo đúng quy chuẩn
Tại thị trường Việt Nam: Hầu hết các cơ sở y tế không tham gia trực tiếp vào quá trình lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng, sữa chữa, thay thế linh kiện của các thiết bị y tế Đội ngũ kỹ sư bệnh viện chủ yếu tham gia vào vấn đề giám sát, quản lý thiết bị Chính vì vậy, việc tham vấn và phối hợp với các kỹ sư bệnh viện là rất quan trọng, nhằm mục đích tuân thủ những tiêu chuẩn của hãng trong việc bảo trì bảo dưỡng thiết bị, đảm bảo chất lượng của hệ thống Tuy nhiên, ở nước ta vẫn còn đâu đó những vấn đề thách thức cho việc triển khai theo tiêu chuẩn hãng
Những năm gần đây, sự xuất hiện của các đơn vị bên ngoài không được đào tạo chính hãng, can thiệp vào các hệ thống máy chính hãng trong các khâu bảo dưỡng, sữa chữa đã dẫn đến rất nhiều rủi ro: máy hoạt động không đúng quy chuẩn, linh kiện thay thế không rõ nguồn gốc xuất xứ, ảnh hưởng chéo đến các thành phần khác, hệ thống không được bảo trì bảo dưỡng định kỳ hoặc không theo quy trình của hãng nếu có Điều này ít nhiều làm ảnh hưởng đến uy tín sản phẩm của hãng và có thể dẫn đến tình trạng chẩn đoán sai, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho bệnh nhân Những đơn vị này được thành lập dựa vào nguồn nhân sự đã từng công tác tại các hãng, nhà phân phối, vận hành với chi phí rẻ hơn chính hãng Tuy nhiên, chất lượng mà các linh phụ kiện không đảm bảo độ tin cậy, quy trình thay thế không tuân thủ theo tiêu chuẩn hãng, hay việc không có các test tools chính hãng dẫn đến việc chẩn đoán sai, ảnh hưởng các thành phần khác của hệ thống Tính đến thời điểm hiện tại, không ít hệ thống được các đơn vị này can thiệp đã không thể vận hành hay hư hỏng nặng, những hệ thống này không chỉ xuất hiện ở các thành phố lớn, bệnh viện lớn, mà còn các tuyến tỉnh, tuyến huyện Do đó, việc xác định vai trò và phân chia trách nhiệm công việc của kỹ sư hãng và kỹ sư bệnh viện là rất quan trọng a Hợp đồng bảo hành bảo trì
134 Hiện nay, các hãng cung cấp thiết bị MRI lớn đều có những gói hợp đồng bảo hành bảo trì phù hợp với nhiều yêu cầu khác nhau của bệnh viện:
- Hợp đồng nhân công: Chỉ cung cấp nhân công, số lần bảo trì trên một năm, không bao gồm số lần tiếp cận chẩn đoán lỗi (hỗ trợ qua điện thoại), không bao gồm chi phí linh kiện
- Hợp đồng bao gồm linh kiện: bao gồm thay thế tất cả linh kiện, không giới hạn số lần tiếp cận sữa chữa, bảo trì bảo dưỡng định kỳ mỗi 3-6 tháng
- Hợp đồng trọn gói: Các hãng chịu trách nhiệm hoàn toàn cho hệ thống, bao gồm cả helium lỏng Đảm bảo thời gian hoạt động liên tục của máy trong một hoặc nhiều năm tùy thời hạn hợp đồng (có mức phạt nếu vi phạm)
Các hệ thống sau khi hết thời hạn bảo hành theo hợp đồng, kỹ sư bệnh viện sẽ trao đổi với lãnh đạo bệnh viện để xem xét các gói dịch vụ của hãng Điều đó cũng có nghĩa là vai trò của các kỹ sư hãng phải tham vấn về việc lựa chọn gói dịch vụ phù hợp với nhu cần của bệnh viện Các yếu tố ảnh hưởng đến việc quyết định lựa chọn gói dịch vụ có thể kể đến như ngân sách bệnh viện, số lượng bệnh nhân trong ngày, vòng đời máy…
Trình độ chuyên môn của kỹ sư bệnh viện có ảnh hưởng tới việc lựa chọn gói dịch vụ Nếu kỹ sư bệnh viện có kinh nghiệm xử lý và quản lý hệ thống MRI, họ có thể lựa chọn các gói dịch vụ thấp hơn, bởi vì họ có đủ kiến thức và kỹ năng để tự xử lý một số vấn đề.
Những hệ thống đã vận hành từ 5 năm trở lên sẽ được cân nhắc ở những gói dịch vụ cao cấp nhằm đảm bảo tính liên tục và duy trì chất lượng hệ thống b Vai trò của kỹ sư bệnh viện
Kỹ sư bệnh viện là người can thiệp nhanh nhất khi các hệ thống có lỗi xảy ra Khi khoa sử dụng phát hiện hệ thống có vấn đề, kỹ sư bệnh viện sẽ là người được gọi đến kiểm tra, ghi nhận lỗi đầu tiên
Vai trò của kỹ sư bệnh viện có thể được thảo luận như sau:
- Hoạch định chiến lược theo dõi hệ thống hằng ngày: đảm bảo các yếu tố môi trường, nguồn cung cho hệ thống theo đúng quy chuẩn: nhiệt độ, độ ẩm, nguồn điện, ổn áp, bộ lưu điện, hệ thống nối đất Theo dõi thường xuyên các thiết bị đo đạc đi kèm hệ thống, cũng như các thiết bị ngoại vi quan trọng, nhằm phát hiện sớm các vấn đề bất thường, khắc phục sự cố, giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống
- Theo dõi vòng đời các linh phụ kiện: Hệ thống MRI sẽ bao gồm nhiều các linh phụ kiện cần được thay thế định kỳ Kỹ sư hãng sẽ cung cấp thông tin thông số về các phụ kiện để phía bệnh viện có chiến lược thay thế phù hợp, đúng thời hạn khuyến cáo từ nhà sản xuất Các phụ kiện có thể kể đến như bộ lọc dầu của máy nén khí, lưới lọc bụi, pin ERDU, đầu làm lạnh, RFPA……