LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 34 - Giá trị biên độ của mỗi đỉnh tần số sẽ tỷ lệ thuận với cường độ sáng trên ảnh. Và khi đó bằng cách đối chiếu mức xám (gán giá trị cường độ với một mức xám nhất định) ta sẽ nhận được ảnh cộng hưởng từ hạt nhân của một lớ p cắt đối tượng tương ứng với ma trận điểm ảnh vừa thu được. Cường độ sáng hay tối của điểm ảnh tuỳ thuộc vào giá trị biên độ của nó. Giá trị biên độ càng lớn, điểm ảnh sẽ càng sáng và ngược lại giá trị biên độ càng nhỏ thì điểm ảnh sẽ càng tối. Như vậy tùy thuộc vào mật độ proton bên trong cấu trúc mô sẽ cho các mứ c độ sáng tối khác nhau tương ứng với nó trên ảnh, và chính điều này cho phép phản ánh đúng được cấu trúc thực sự của các vùng mô bên trong cơ thể bệnh nhân 2.8. Các phương pháp tạo ảnh 2.8.1. Giới thiệu chung Trong phần trên chúng ta đã biết làm thế nào để tạo ra được một ảnh CHTHN từ một đối tượng, bắt đầu từ việc kích thích tín hiệu, đến việc mã hoá thông tin về vị trí, thu nhận tín hiệu và cuối cùng là tái tạo lại ảnh. Trong phần này sẽ tập trung vào kết quả cuối cùng, đó chính là các ảnh CHTHN. Cụ thể chúng ta sẽ nghiên cứu làm thế nào để có thể thay đổi được độ tương phản củ a ảnh nhờ một số các phương pháp tạo ảnh cơ bản.Trên thực tế có nhiều phương pháp tạo ảnh khác nhau dựa trên nguyên lý CHTHN,các phương pháp này khác nhau chủ yếu ở phương pháp kích thích và thu nhận dữ liệu hay chính là kiểu dãy xung RF và trường gradient được sử dụng. Hình 2.28: Một dạng ảnh cắt lớp CHTHN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 35 - Mỗi phương pháp có một tập hợp các tham số cần điều chỉnh để nhận được các đặc tính nhất định của ảnh. Việc lựa chọn tối ưu các tham số này nhằm cải thiện độ tương phản của ảnh tạo ra ảnh có chất lượng tốt và có thể giảm thờ i gian chụp.Các phương pháp đều có quá trình thu nhận dữ liệu gồm hai giai đoạn, một giai đoạn gắn với sự từ hoá dọc và một giai đoạn gắn với sự từ hoá ngang. Quá trình dịch chuyển từ véctơ từ hoá dọc sang véctơ từ hoá ngang được thực hiện bằng cách sử dụng một xung kích động vô tuyến, quá trình này gọi là quá trình kích động và thường được thực hiện do véctơ t ừ hoá ngang biểu hiện trạng thái không ổn định hay trạng thái bị kích thích rõ hơn so với véctơ từ hoá dọc.Xung kích động đặc trưng bởi góc quay ( Flip Angle - FA). Góc quay 90 0 sẽ biến đổi toàn bộ thành phần véctơ từ hoá dọc thành véctơ từ hoá ngang. Dạng xung này được sử dụng trong hầu hết các phương pháp, tuy nhiên cũng có phương pháp sử dụng xung kích động với FA < 90 0 . Phương pháp góc quay nhỏ (Small Flip Angle - SFA) chỉ biến đổi một phần véctơ từ hoá dọc thành véctơ từ hoá ngang, phương pháp này chủ yếu sử dụng để làm giảm thời gian chụp.Giai đoạn từ hoá ngang kết thúc tại thời điểm xuất hiện tín hiệu vô tuyến, tức là tín hiệu phát ra từ các mô và sử dụng để tạo ảnh. 2.8.2. Phương pháp tiếng vọng spin Phương pháp tiếng vọng spin được đặc trưng bởi dãy xung tạo tín hiệu và tiếng vọng gồm một xung kích động 90 0 và sau đó sẽ tác dụng tiếp một xung 180 0 . Hình 2.29: Phương pháp tạo ảnh tiếng vọng spin LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 36 - Quá trình này có thể được giải thích như sau: Đầu tiên dùng một xung vô tuyến 90 độ kích thích tín hiệu CHTHN, sau khi kích thích bằng xung vô tuyến này thì hạt nhân sẽ xuất hiện các thành phần từ trường ngang, chúng quay cùng vận tốc với nhau, hay là cùng pha với nhau quanh phương của từ trường ngoài. Sự quay này chính là sự chương động tự do, tốc độ chương động hay tần số cộ ng hưởng phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài. Các hạt nhân ở các vị trí khác nhau trong từ trường thì sẽ chương động với các tần số khác nhau. Đối với mỗi phần tử thể tích (một voxel) của mô, có một sự khác biệt nhỏ về cường độ từ trường. Kết quả, sẽ có khác nhau nhỏ về tần số chương động của các hạt nhân trong voxel đó. Sau một khoả ng thời gian ngắn, các hạt nhân đó sẽ không còn chương động cùng pha với nhau nữa. Khi đó hướng của các thành phần từ trường ngang của các hạt nhân sẽ không còn giống nhau nữa, và kết quả thành phần từ trường ngang của voxel đó sẽ giảm đi. Hiện tượng này được gọi là sự di pha. Nếu lúc này ta tác dụng vào một xung vô tuyến 180 0 thì nó sẽ làm quay các thành phần từ trường ngang đang quay của mỗi hạt nhân này đi một góc 180 0 theo mặt phẳng ngang và sẽ làm đảo ngược hướng quay của nó. Quá trình này sẽ dẫn đến sự hội tụ pha trở lại của các hạt nhân, và kết quả là sau một khoảng thời gian đúng bằng khoảng thời gian giữa hai lần kích thích đó thì tất cả các hạt nhân trong một voxel sẽ cùng pha trở lại. Khoảng thời gian TE từ khi kích thích xung vô tuyến 90 0 đến khi có sự đồng pha trở lại được gọi là khoảng thời gian xẩy ra tiếng vọng. Lúc này cường độ của thành phần từ trường ngang của một voxel là lớn nhất, dẫn đến cường độ của tín hiệu tiếng vọng cũng sẽ là lớn nhất.Mặt khác ta biết rằng quá trình suy giảm của thành phần từ trường ngang được đặc trưng bởi hằng số dãn hồ i T2 của mô.Trong hầu hết các quá trình tạo ảnh, cường độ của tín hiệu xác định độ sáng tương ứng của điểm ảnh, và mức độ tương phản đối với từng thành phần riêng biệt của mô được điều chỉnh thông qua giá trị TR và TE.Hình 2.30 mô tả sự phân biệt độ tương phản giữa 2 loại mô A và B.Quá trình thực tế vượt quá một chu kỳ tạo ảnh.Mặc dù bả n chất quá trình đối với 2 loại mô giống nhau nhưng sẽ dễ quan sát hơn khi biểu diễn như trên hình vẽ Chu kỳ thứ nhất bắt đầu bằng một xung 90 0 biến đổi hoàn toàn thành phần véctơ từ hóa dọc thành thành phần véctơ từ hóa ngang,do đó chu kỳ bắt đầu với độ bão hòa hoàn toàn hay không có thành phần véctơ từ hóa dọc.Véctơ từ hóa bắt đầu dãn hồi với vận tốc xác định bởi T 1 đối với từng mô cụ thể. Nếu 2 mô có thời gian T 1 khác nhau sẽ có véctơ từ hóa khác nhau và sự xuất hiện sự tương phản giữa 2 mô,đây là độ tương phản T 1 . LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 37 - Khi véctơ từ hóa của mô bắt đầu đạt đến giá trị lớn nhất,mật độ proton ( Proton Density-PD) trở thành yếu tố ảnh hưởng chính đến mức độ từ hóa và độ tương phản của các mô.Chu kỳ này kết thúc và chu kỳ thứ hai bắt đầu cũng bởi một xung 90 0 .Xung này ngắt quãng quá trình dãn hồi của véctơ từ hóa và biến đổi nó trở lại thành véctơ từ hóa ngang.Véctơ từ hóa ngang của mỗi chu kỳ được khởi tạo từ véctơ từ hóa dọc của chu kỳ trước. Tại thời điểm bắt đầu chu kỳ thứ hai,2 mô có độ từ hóa ngang khác nhau xuất phát từ độ từ hóa dọc trong chu kỳ trước.Đây là sự tổ h ợp giữa mô tương phản T 1 và độ tương phản mật độ proton.Tuy nhiên khi véctơ từ hóa ngang bắt đầu suy giảm chúng sẽ có tốc độ suy giảm khác nhau nếu có thời gian T 2 khác nhau,dẫn tới sự xuất hiện độ tương phản T 2 . 90 0 Mô A Mô B Cường độ sáng của điểm ảnh Tín hiệu Trắng Chu kỳ đầu Véc tơ từ hóa TR 250-2500ms TE 15-150ms Hình 2.30: Xác định độ tương phản trong ảnh Đen Chu kỳ thứ hai T 1 PD T 2 180 0 90 0 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 38 - Chúng ta nhận thấy sự suy giảm thành phần véctơ từ hóa ngang có liên quan đến đặc trưng của mô hơn là của ảnh hưởng của từ trường.Tại thời điểm thích hợp xung 180 0 được đưa vào để tạo ra tín hiệu tiếng vọng spin từ véctơ từ hóa ngang.Cường độ tín hiệu tỷ lệ với độ từ hóa ngang.Cường độ tín hiệu xác định cường độ sáng khi hiển thị mô trong ảnh.Trong ảnh 2 mô sẽ có độ tương phản nếu cường độ tín hiệu của chúng khác nhau Để tạo ra độ tương phản trong ảnh dựa trên sự khác nhau về T 1 giữa 2 mô cần khảo sát 2 nhân tố.Thứ nhất là do độ tương phản T 1 bộc lộ rõ trong giai đoạn sớm pha của véctơ từ hóa dọc cần sử dụng giá trị TR nhỏ để tạo ra sự tương phản.Thứ 2 giữ nguyên độ tương phản T 1 trong quá trình hồi giãn ngang.Vấn đề cơ bản là nếu độ tương phản T 2 được phép biểu hiện sẽ làm trung hòa mất độ tương phản T 1 .Điều này là do các mô có giá trị T 1 ngắn cũng có T 2 ngắn.Vấn đề xuất hiện vì các mô có T 1 ngắn thường hiển thị bằng màu sáng,trong khi các mô có T 2 ngắn làm giảm cường độ sáng khi độ tương phản T 2 được hiển thị.T 2 biểu hiện trong khoảng thời gian TE,do đó TE ngắn sẽ cực tiểu hóa độ tương phản T 2 và sự suy giảm độ tương phản T 1 .Một ảnh T 1 được tạo ra với giá trị TR và TE ngắn. Độ tương phản mật độ proton biểu hiện khi véctơ từ hóa dọc đạt đến giá trị cực đại và được xác định bằng mật độ proton của từng mô riêng biệt.Do đó đòi hỏi thời gian TR tương đối dài khi muốn tạo ảnh tương phản mật độ proton.Thường sử dụng giá trị TR ngắn để làm giảm độ tương phản T 2 và duy trì cường độ tín hiệu tương đối lớn.Bước đầu khi tạo ảnh độ tương phản T 2 đáng kể là chọn một giá trị TR tương đối lớn.Điều này sẽ cực tiểu hóa độ tương phản T 1 và quá trình dãn hồi ngang bắt đầu ở một mức độ từ hóa tương đối cao.Sau đó sử dụng TE dài để cho phép biểu hiện rõ độ tương phản T 2 . 2.8.3. Phương pháp đảo nghịch phục hồi Phương pháp đảo nghịch phục hồi chính là phương pháp tiếng vọng spin ứng dụng nhằm đạt được một số kết quả xác định. Một trong các ứng dụng là tạo ra độ tương phản T 1 cao và ứng dụng thứ hai nhằm chắn tín hiệu dẫn đến thay đổi cường độ sáng (mức xám) của mô mỡ. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 39 - Dãy xung đảo nghịch phục hồi nhận được từ dãy xung tiếng vọng spin bằng cách thêm vào một xung đảo ngược 180 0 . Xung này đưa vào đầu mỗi chu kỳ tạo ảnh để quay véctơ từ hoá đi một góc 180 0 trở thành đảo nghịch của véctơ từ hoá ban đầu. Quá trình dãn hồi của véctơ từ hoá bắt đầu từ giá trị âm chứ không phải từ giá trị 0 như trong phương pháp tiếng vọng spin. Giống như phương pháp tiếng vọng spin, phương pháp đảo nghịch phục hồi cũng sử dụng một xung kích động 90 0 để tạo ra thành phần véctơ từ hoá ngang và một xung 180 0 để tạo ra tín hiệu tiếng vọng. Khoảng thời gian thêm vào là thời gian giữ chậm từ xung đảo nghịch (xung 180 0 khởi tạo) đến xung kích động 90 0 ; được gọi là thời gian đảo nghịch TI (Inversion Time). Việc điều chỉnh TI được thực hiện bởi người sử dụng nhằm điều chỉnh độ tương phản. Hình 2.31: Phương pháp đảo nghịch phục hồi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 40 - TI • Độ tương phản T 1 Đặc tính cơ bản mang tính nguyên lý của ảnh sử dụng phương pháp đảo nghịch phục hồi là có độ tương phản T 1 cao. Điều này xuất hiện do tổng thời gian dãn hồi dọc tăng lên vì quá trình dãn hồi dọc bắt đầu từ vị trí đảo nghịch. • Hiệu ứng chắn tín hiệu từ mô mỡ Chúng ta biết rằng mô mỡ có giá trị T 1 tương đối nhỏ, nó sẽ hoàn thành quá trình dãn hồi dọc nhanh hơn các mô khác. Vấn đề cốt lõi ở đây là véctơ từ hoá của mô mỡ tiến động qua vị trí 0 trước các mô khác. Nếu chọn TI thích hợp (trùng với thời điểm véctơ từ hoá tiến động qua vị trí 0), mô mỡ sẽ không tạo ra tín hiệu tiếng vọng. Việc này được thực hiện bằng cách chọn thời gian TI tương đối ngắn. Ph ương pháp này thường gọi là phương pháp đảo nghịch phục hồi ngắn ( Short TI Inversion Recovery - STIR). Tín hiệu Véc tơ từ hóa dọc TE Hình 2.32: Mô tả thời gian của phương pháp đảo nghịch phục hồi Xung đảo nghịch STI 180 0 90 0 180 0 Xung kích Xung tiếng vọng spin STI: thời gian TI ngắn(trong phương pháp STIR) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 41 - 2.8.4. Phương pháp tiếng vọng gradient Kỹ thuật tiếng vọng gradient thường sử dụng cùng với xung kích động tạo góc quay nhỏ hơn 90 0 . Vì vậy phương pháp này còn được gọi là phương pháp tiếng vọng gradient góc quay nhỏ, viết tắt là SAGE ( Small Angle Gradient Echo-SAGE). Phương pháp SAGE đòi hỏi thời gian thu nhận dữ liệu ngắn hơn so với phương pháp tiếng vọng spin. Phương pháp này cũng tăng khả năng điều chỉnh độ tương phản do góc quay cũng là một tham số để điều chỉnh. Chức năng của xung kích động chính là biến đổi hay làm lệch véctơ từ hoá dọc thành véctơ từ hoá ngang. Khi sử dụng xung kích động tạo góc quay là 90 0 toàn bộ thành phần véctơ từ hoá dọc chuyển thành thành phần véctơ từ hoá ngang như trong phương pháp tiếng vọng spin. Xung kích động làm suy giảm hoàn toàn thành phần véctơ từ hoá dọc về 0 (tức là bão hoà hoàn toàn) ở đầu mỗi chu kỳ tạo ảnh. Điều này có nghĩa là cần một thời gian TR tương đối dài để véctơ từ hoá dãn hồi. TR là một trong các yếu tố chủ yếu xác định thời gian thu nhận dữ li ệu. Khi giá trị TR giảm, véctơ từ hoá ngang và cường độ tín hiệu RF tạo ra trong mỗi chu kỳ cũng giảm, dẫn đến tăng nhiễu loạn trong ảnh. Ngoài ra, việc sử dụng TR ngắn cùng với xung kích động 90 0 không thể tạo ra ảnh T 2 hay ảnh mật độ proton.Một cách giảm TR để tăng tốc độ thu nhận dữ liệu mà loại bỏ được các nhược điểm kể trên là sử dụng xung kích động tạo góc quay nhỏ hơn 90 0 . Hình 2.33: Phương pháp tiếng vọng Gradient LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 42 - Xung kích động tạo góc quay nhỏ (FA<90 0 ) chỉ biến đổi một phần véctơ từ hoá dọc thành véctơ từ hoá ngang. Điều này có nghĩa là véctơ từ hoá dọc không bị suy giảm hoàn toàn về 0. Việc giảm góc quay tạo ra hai hiệu ứng cần được khảo sát đồng thời. Hiệu ứng thứ nhất là véctơ từ hoá dọc không suy giảm hoàn toàn và vẫn giữ một giá trị khá lớn khi TR ngắn. Điều này làm tăng cường độ tín hiệu so với sử dụng xung kích động 90 0 . Tuy nhiên khi góc quay nhỏ, chỉ một phần nhỏ của véctơ từ hoá dọc được chuyển thành véctơ từ hoá ngang làm giảm cường độ tín hiệu. Như vậy, khi thay đổi góc lệch sẽ ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu. Hình 2.34: Ảnh hưởng của xung kích động tạo góc lệch nhỏ đối với vectơ từ hoá dọc TR ngắn Véctơ từ hoá dọc Cường độ tín hiệu Mạnh Yếu Thời gian Góc<90 0 Góc 90 0 90 0 Góc nhỏ (<90 0 ) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 43 - Hình 2.36 cho ta hình ảnh so sánh véctơ từ hóa của 2 mô khác nhau khi thay đổi góc lệch.Từ đó,ta có thể phân biệt rõ chất xám và chất trắng,2 loại mô có T 1 và ρ khác nhau.Độ tương phản giữa 2 mô được biểu diễn bởi sự khác nhau về mức độ từ hóa.Về điểm này,giả sử có TE ngắn và chỉ xét độ tương phản liên quan đến vectơ từ hóa dọc,ảnh hưởng của vectơ từ hóa ngang sẽ được xét đến sau Trong phương pháp SAGE,góc lệch là một trong các tham số được điều chỉnh bởi người sử dụng,tuy nhiên điều này khá phức tạp do ảnh hưởng của góc lệnh còn bị biến đổi do tác động của Các tham số hay kỹ thuật khác được sử dụng để làm tăng một dạng tương phản nào đó. Góc lệch(độ) 0 45 90 Hình 2.35: Quan hệ giữa cường độ tín hiệu và góc lệch Véctơ từ hóa Dọc Ngang 6030 Cường độ tín hiệu Cường độ tín hiệu Góc lệch(độ) 0 45 90 Hình 2.36: Ảnh hưởng của góc lệch đến độ tương phản Véctơ từ hóa dọc Độ tương phản T 1 6030 Cường độ tín hiệu T 1 ngắn Độ tương phản ρ T 1 dài ρ:ở đây là mật độ proton-PD . các vùng mô bên trong cơ thể bệnh nhân 2.8. Các phương pháp tạo ảnh 2.8.1. Giới thiệu chung Trong phần trên chúng ta đã biết làm thế nào để tạo ra được một ảnh CHTHN từ một đối tượng,. xung 90 0 biến đổi hoàn toàn thành phần véctơ từ hóa dọc thành thành phần véctơ từ hóa ngang,do đó chu kỳ bắt đầu với độ bão hòa hoàn toàn hay không có thành phần véctơ từ hóa dọc.Véctơ từ hóa. 90 0 toàn bộ thành phần véctơ từ hoá dọc chuyển thành thành phần véctơ từ hoá ngang như trong phương pháp tiếng vọng spin. Xung kích động làm suy giảm hoàn toàn thành phần véctơ từ hoá dọc