giới thiệu MRI VN phần 5 pps

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 44 - 2.8.5. Góc Ernst Chúng ta đã biết rằng nếu T 1 của mô dài thì thời gian TR ngắn,ta chỉ có được một độ từ hóa ngang nhỏ vì vậy sẽ ra một tín hiệu yếu.Tuy nhiên nếu biết cân đối thì trong trường hợp này chúng ta vẫn có thể thu được một tín hiệu cộng hưởng từ đủ mạnh.Về mặt lý thuyết,nếu chúng ta định dùng thời gian TR trên một mô có thời gian T 1 đã biết,góc lật tối ưu cho phép tạo ra được tín hiệu mạnh nhất có thể ta có: Ta gọi véctơ từ hóa dọc tại thời gian TR thứ n là: M z (n)=M z Khi có một xung RF tác dụng thì véctơ từ hóa dọc lật đi một góc φ ta có: M z =M z (n)cosφ Sau khoảng thời gian TR là thời gian hồi phục T 1 thứ (n+1) ta có: M z (n+1)=M 0 -[M 0 -M z (n)cosφ] 1 /TR T e − Tại vị trí cân bằng ta có: 11 1 // 0 / 0 /1 (1) () (1 cos . ) (1 ) (1 ) 1cos. zzz TR T TR T z TR T z TR T Mn Mn M MeMe Me M e ϕ ϕ −− − − += = −=− − ⇒= − Véctơ từ hóa ngang tại vị trí cân bằng là M xy =M z sinφ vậy ta có: 1 1 / 0 / (1 ). sin 1cos. TR T xy TR T Me M e ϕ ϕ − − − = − Vậy tín hiệu mạnh nhất thu được khi 1 / cos TR T E e ϕ − = 1 / cos() R TT E arc e ϕ − ⇒= (2.53) E ϕ =Ernst Angle (góc lật tối ưu tương ứng với các giá trị TR và T 1 cho trước được gọi là góc Ernst) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 45 - CHƯƠNG III: CẤU TẠO,HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CHỤP CẮT LỚP CỘNG H ƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 3.1. Tồng quan về phần cứng: Thiết bị chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân bao gồm một số các thành phần chính như sau: • Hệ thống nam châm gồm các cuộn nam châm siêu dẫn: tạo ra từ trường chính cực mạnh không đổi • Hệ thống các cuộn gradient: tạo trường gradient • Các cuộn thu phát sóng vô tuyến RF: phát xung vô tuyến và thu tín hiệu CHTHN. • Hệ thống định vị và kiểm soát bệnh nhân (bàn bệnh nhân). Hình 3.1: Sơ đồ khối của thiết bị chụp cắt lớp CHTHN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 46 - • Hệ thống thu nhận tín hiệu gồm bộ tiền khuếch đại, bộ tách sóng pha cầu phương và thiết bị số hoá: xử lý tín hiệu CHTHN trước khi đưa vào hệ thống máy tính để tái tạo ảnh • Hệ thống máy tính chuyên dụng: Bao gồm hệ thống điều khiển (điều khiển toàn bộ quá trình chụp), hệ thống lưu trữ,xử lý và tạo ảnh, hệ thống phân tích hiển thị ảnh… • Máy in phim : dùng để in ra ảnh 3.2. Chức năng và hoạt động của từng khối 3.2.1. Hệ thống nam châm ¾ Chức năng Hệ thống nam châm có chức năng tạo ra từ trường chính Bo. Để đáp ứng yêu cầu cường độ từ trường rất lớn từ 1 Tesla đến 4 Tesla (tùy từng thiết bị cụ thể) và độ đồng nhất cao nhằm khôi phục chính xác cấu trúc của đối tượng nên thông thường nó là các nam châm điện từ với các cuộn dây siêu dẫn được giữ ở nhiệt độ gần 0 độ K nhờ các hỗn hợp dung dịch làm lạnh như : Hêli, Nitơ… ¾ Sơ đồ chức năng của hệ thống nam châm: Hệ thống nam châm bao gồm nam châm,khối nguồn và khối kiểm soát nam châm.khối nguồn nhận dòng điện từ mạng điện và cung cấp cho nam châm.Khối kiểm soát nam châm bao gồm: • Mạch điều khiển tắt khẩn cấp nam châm • Mạch báo hiệu mức dung dịch Hêli • Mạch cảnh báo chung • Mạch báo hiệu nhiệt độ phòng ¾ Hoạt động của hệ thống nam châm: Hệ thống phân phối nguồn cấp nguồn cho khối nguồn riêng của nam châm.Khối này đưa dòng điện vào dây siêu dẫn,dòng trong dây siêu dẫn tạo ra từ trường B 0 . Khi tắt hệ thống sau ngày làm việc,khối nguồn sẽ thực hiện phóng điện để ngắt dòng điện trong dây siêu dẫn.Hệ thống kiểm soát nam châm theo dõi hoạt động của nam châm. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 47 - Khi có sự cố cần dừng khẩn cấp hoạt động nam châm,nhân viên ấn nút tắt khẩn cấp,mạch tắt khẩn cấp làm việc sẽ tiến hành ngắt nguồn,phóng điện trong dây siêu dẫn và xả bỏ dung dịch Hêli nhằm nhanh chóng giảm cường độ từ trường chính về 0.Mạch báo hiệu mức Hêli theo dõi mức Hêli và hi ển thị cảnh báo bằng đèn LED.Mạch báo hiệu nhiệt độ phòng theo dõi nhiệt độ phòng và báo hiệu khi nhiệt độ phòng vượt quá 27 0 C . ¾ Cấu trúc nam châm: Nam châm là thành phần đắt giá nhất trong hệ thống MRI.Đối với các thiết bị MRI sử dụng nam châm siêu dẫn thì nam châm siêu dẫn là một nam châm điện được sản xuất từ dây siêu dẫn. Nam châm Mạch điều khiển tắt khẩn cấ p Hệ thống nguồn điện chung Báo hiệu mức Hêli Cảnh báo chun g Nhiệt độ p hòn g Nút tắt khẩn cấ p Hình 3.2: Hệ thống nam châm Khối nguồn của nam châm LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 48 - Dây siêu dẫn có điện trở xấp xỉ bằng 0 khi được giữ lạnh ở nhiệt độ gần 0 0 tuyệt đối ( -273 0 C hay 0 0 K) bằng cách nhúng vào dung dịch Hêli.Một dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn sẽ vẫn tiếp tục chạy qua cuộn dây khi nó được nhúng trong dung dịch Hêli.Một số mất mát có thể xảy ra do điện trở nhỏ hữu hạn của cuộn dây.Những mất mát này sẽ làm suy giảm từ trường ở mức độ khoảng một phần triệu từ trường chính trong một năm.Chiều dài siêu dẫn trong nam châm th ường khoảng vài km.Cả cuộn dây và dung dịch Hêli được giữ trong hộp lớn.Trong thiết kế nam châm ban đầu hộp này thường được bao bọc trong các túi dung dịch Nitơ (77.4 0 K) hoạt động như những bộ đệm nhiệt giữa nhiệt độ phòng và dung dịch Hêli.Trong thiết kế nam châm sau này vùng đệm nhiệt bằng dung dịch Nitơ được thay bằng vùng làm lạnh bởi máy lạnh.Thiết kế này loại bỏ được việc phải thêm dung dịch Nitơ vào thành phần nam châm 3.2.2. Hệ thống tạo trường gradient Đúng như tên gọi, hệ thống này có chức năng tạo ra từ trường gradient bổ xung vào từ trường chính Bo để tham gia vào quá trình mã hoá và giải mã về không gian cho tín hiệu CHTHN phát ra từ đối tượng Hình 3.3: Cấu tạo của một nam châm siêu dẫn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 49 - Hệ thống tạo trường gradient gồm các cuộn gradient có cấu trúc thích hợp nhằm tạo ra từ trường gradient có cường độ và định hướng mong muốn. Các cuộn dây gradient thường bao gồm 3 cuộn: Cuộn G x , cuộn G y và cuộn G z , tạo ra 3 từ trường gradient tương ứng theo 3 trục X, Y và Z. Hình 3.4: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục Y Hình 3.5: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục Z LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 50 - 3.2.3. Hệ thống thiết bị vô tuyến Hệ thống thiết bị vô tuyến có chức năng tạo ra xung vô tuyến (hay từ trường kích động B 1 ) để kích thích tín hiệu CHTHN, sau đó thực hiện thu nhận và xử lý sơ bộ tín hiệu vô tuyến phát ra từ các mô của đối tượng. Hệ thống vô tuyến gồm một số thành phần chủ yếu như các cuộn dây RF, nguồn phát xung vô tuyến, các bộ khuếch đại vô tuyến. Xuất phát từ chức năng thu và phát tín hiệu vô tuyến, cuộn dây RF thường chia làm 3 loại chính: − Các cuộn kết hợp phát và thu (cuộn thu phát). − Cuộn phát riêng. − Cuộn thu riêng. Cuộn thu phát vừa đóng vai trò bộ phát xung vô tuyến vừa là bộ thu năng lượng sóng vô tuyến từ đối tượng cần được tạo ảnh. Cuộn phát riêng được sử dụng chỉ để phát xung vô tuyến, còn cuộn thu riêng được sử dụng chỉ để thu nhận tín hiệu từ các spin của đối tượng cần được tạo ảnh. Mỗi loại cuộn dây trên lại có rất nhiều dạ ng khác nhau. Cuộn RF trong thiết bị chụp cắt lớp có thể được so sánh với thấu kính của máy chụp ảnh. Hình 3.6: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục X LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 51 - Giống như trong chụp ảnh sử dụng các loại thấu kính khác nhau để chụp cảnh gần và chụp cảnh xa với góc nhìn thay đổi, trong chụp cắt lớp cũng có nhiều loại cuộn dây RF để bảo đảm thích hợp với các trường hợp có thể xảy ra. Một cuộn dây tạo ảnh ph ải cộng hưởng hay lưu trữ năng lượng có hiệu quả ở tần số Larmor. Tất cả các cuộn tạo ảnh đều có cấu trúc bao gồm các phần tử điện cảm L và điện dung C hình thành mạch cộng hưởng LC với tần số cộng hưởng ν được xác định như sau: 1 ν 2π LC = Một số kiểu cuộn dây tạo ảnh được điều chỉnh phù hợp với từng bệnh nhân bằng cách thay đổi điện dung theo một quy luật nào đó. Một yêu cầu khác của cuộn tạo ảnh là từ trường B 1 (do xung vô tuyến tạo ra) phải trực giao với từ trường chính B 0 . Một số kiểu cuộn tạo ảnh thông dụng nhất sẽ được mô tả dưới đây.Việc mô tả sẽ chỉ ra chiều từ trường B 1 ,phương thức tác động và các ứng dụng của cuộn dây Hình 3.7: Cấu tạo bên trong của cuộn dây bề mặt(A) và cuộn dây khối thể tích(B) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 52 - • Cuộn từ tính nhiều vòng tròn ( Multi Turn Solenoid ). • Cuộn bề mặt (Surface Coil). Cuộn bề mặt rất thông dụng vì chúng là cuộn thu và có tỉ số SNR cao Hình 3.8: Cuộn từ tính nhiều vòng Hình 3.9: Cuộn bề mặt Chiều nhạy cảm với tín hiệu RF LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 53 - • Cuộn lồng chim (Bird Cage Coil). Cuộn lồng chim được sử dụng khi tạo ảnh đầu và sọ não • Cuộn từ tính một vòng tròn (Single Turn Solenoid ). Cuộn từ tính một vòng tròn sử dụng tạo ảnh các phần đầu mút,ví dụ như tạo ảnh ngực và cổ tay Hình 3.10: Cuộn lồng chim Hình 3.11: Cuộn từ tính một vòng tròn [...]... hình cầu: đường kính 17cm,thể tích dung dịch 2 .57 1 lít,lượng chất nạp vào: 1.25gNiSO4.6H2O/lít • Phantom toàn thân hình cầu:đường kính 24 cm,thể tích dung dịch 7.236 lít lượng chất nạp 1.25gNiSO4.6H2O/lít • Phantom đầu lớn hình trụ:thể tích dung dịch 3.911 lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+3gNaCl/lít • Phantom đầu lớn hình trụ tròn rỗng:thể tích dung dịch 6 .53 4 lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+3gNaCl/lít... lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+3gNaCl/lít • Phantom toàn thân lớn,hình trụ elip rỗng:thể tích dung dịch 18. 25 lít lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+5gNaCl/lít • Phantom hình chai:đường kính 11.6 cm thể tích dung dịch 2 lít lượng chất nạp vào 1.25gNiSO4.6H2O+6gNaCl/lít SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 56 - ... khoang chụp, thiết bị liên lạc với bệnh nhân và thiết bị gọi nhân viên của bệnh nhân (bóng bóp báo động) 3.2 .5 Hệ thống thu nhận tín hiệu Bộ tách sóng cầu phương là thành phần chính của khối thu Đây là một thiết bị tách riêng các tín hiệu Mx và My từ tín hiệu thu được từ cuộn thu RF SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 54 - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nó thực hiện chuyển đổi tín hiệu CHTHN từ dạng... của cos(A) và cos(B) Hình 3.14: Sơ đồ bộ tách sóng pha cầu phương SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 55 - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Bộ tách sóng cầu phương thường có 2 bộ trộn cân bằng, 2 bộ lọc, 2 bộ khuếch đại và 1 bộ dịch pha 900 Thiết bị có 2 đầu vào và 2 đầu ra Tần số ω và ω0 được đưa vào, còn các thành phần Mx và My của véc tơ từ hoá ngang được lấy ra 3.2.6 Hệ thống máy tính chuyên dụng,... vào, còn các thành phần Mx và My của véc tơ từ hoá ngang được lấy ra 3.2.6 Hệ thống máy tính chuyên dụng, bàn điều khiển và hiển thị Toàn bộ hoạt động của thiết bị chụp cắt lớp CHTHN được điều khiển bởi phần mềm cài sẵn trên một hệ thống máy tính chuyên dụng có tốc độ xử lý cao Tại đây quá trình chụp được điều khiển bởi các thủ tục lưu sẵn trong máy tính và do người sử dụng lựa chọn Máy tính thực hiện . . ¾ Cấu trúc nam châm: Nam châm là thành phần đắt giá nhất trong hệ thống MRI. Đối với các thiết bị MRI sử dụng nam châm siêu dẫn thì nam châm siêu dẫn là một nam châm. 17cm,thể tích dung dịch 2 .57 1 lít,lượng chất nạp vào: 1.25gNiSO 4 .6H 2 O/lít • Phantom toàn thân hình cầu:đường kính 24 cm,thể tích dung dịch 7.236 lít lượng chất nạp 1.25gNiSO 4 .6H 2 O/lít •. dung dịch 6 .53 4 lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl 2 .4H 2 O+3gNaCl/lít • Phantom toàn thân lớn,hình trụ elip rỗng:thể tích dung dịch 18. 25 lít lượng chất nạp vào 3gMnCl 2 .4H 2 O+5gNaCl/lít •