Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ PMRI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ VÂN TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ VÂN TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : Sư phạm kĩ thuật Người hướng dẫn khoa học GV TRẦN QUANG HUY HÀ NỘI, 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới GV Trần Quang Huy, người hướng dẫn tận tình thường xuyên động viên chúng em trình hoàn thiện đề tài Người dành cho em giúp đỡ ưu thời gian học tập, nghiên cứu trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, người dạy dỗ, tạo điều kiện đóng góp ý kiến để chúng em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình người thân cổ vũ, động viên, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 Năm 2013 Sinh viên Trần Thị Vân LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận hoàn thành cố gắng tìm hiểu nghiên cứu thân với hướng dẫn bảo tận tình hiệu GV Trần Quang Huy thầy cô khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm Hà Nội Và đề tài không trùng với đề tài khác Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Người thực Trần Thị Vân MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ 1.1 Khái niệm MRI 1.2 Lịch sử phát triển MRI 1.3 Ưu nhược điểm MRI 1.4 Ứng dụng MRI 1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI Việt Nam CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.1.1 Khái quát chung 2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW 15 2.2 Tìm hiểu nguyên lí 16 2.2.1 Cộng hưởng từ 16 2.2.2 Từ tính thể 22 2.2.3 Khung quay tham chiếu 26 2.2.4 Sự phục hồi 28 2.2.4.1 Trọng số 28 2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi 31 2.2.4.3 Sự không đồng mát nguồn tín hiệu 32 2.2.5 Quy trình làm việc 33 2.2.6 Tỉ số tín hiệu nhiễu tỉ số tương phản nhiễu 34 CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 35 3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ 35 3.2 Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI 36 3.2.1 Từ trường 36 3.2.2 Các loại nam châm 37 3.2.3 Gradient 37 3.2.4 Máy tính 37 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MRI Magnectic Resonance Ảnh cộng hưởng từ Imaging NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân PD Proton Density Mật độ proton PDW Proton Density - weighted Mật độ proton có trọng số T1 Longitudinal relaxation time Thời gian dãn theo trục dọc T1W T1- weighted Trọng số T1 T2 Transverse relaxation time Thời gian dãn theo trục ngang T2W T1- weighted Trọng số T2 TE Time of Echo Thời gian phản hồi TR Time of Reptition Thời gian lặp lại RF Radiofrequency pulse Xung tần số vô tuyến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú phương pháp MRI Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch phương pháp MRI Hình 1.3: Phim chụp xương khớp phương pháp MRI Hình 1.4: Phim chụp tủy sống phương pháp MRI Hình 2.1: Mô tả proton có momen từ  đặt từ trường Bo có chuyển động đảo  Hình 2.2: Mô tả kích thích hạt nhân (cộng hưởng từ) trình dãn (bức xạ lượng dạng tín hiệu RF) Hình 2.3: Mô tả trình tử hóa dọc từ hóa ngang M véctơ từ hóa trạng thái cân Y hướng vecto từ hóa ngang M z véctơ từ hóa dãn theo trục dọc Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ thời gian T1, T2 với mức độ từ hóa cường độ tín hiệu phim chụp Hình 2.5: Kim la bàn tác động từ trường Hình 2.6: Spin hạt nhân Hình 2.7: Từ hóa M quay xung quanh từ trường B0 Hình 2.8: Các spin hiển thị mũi tên Hình 2.9: Sự ảnh hưởng sóng vô tuyến đến tiến động hạt nhân xung quanh từ trường B0 tần số Larmor Hình 2.10: Ảnh hưởng từ trường Bo đến tiến động Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu độ tương phản chai chứa thạch Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trục thời gian (từ trái sang phải) Hình 3.1: Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong năm gần với bùng nổ cách mạng công nghệ thông tin, ngành kĩ thuật điện tử ngành phát triển với tốc độ nhanh Kĩ thuật điện tử thâm nhập ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống Trong lĩnh vực y tế, nhờ có kĩ thuật điện tử mà công việc chuẩn đoán điều trị đạt nhiều thành tựu to lớn Các máy điện tim, điện não, máy X- quang, máy siêu âm, máy chụp cộng hưởng MRI … có bệnh viện để giúp bác sĩ việc chuẩn đoán, điều trị chăm sóc sức khỏe cho người Máy chụp cộng hưởng từ MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) kĩ thuật chuẩn đoán y khoa tạo hình ảnh giải phẫu thể nhờ sử dụng từ trường sóng radio dựa nguyên lí ảnh cộng hưởng từ MRI Phương pháp không sử dụng tia X an toàn cho bệnh nhân Máy chụp cộng hưởng từ thiết bị nhạy cảm đa giúp ta thấy hình ảnh lớp cắt phận thể từ nhiều góc độ thời gian ngắn Chụp cộng hưởng từ kỹ thuật nhanh gọn không gây ảnh hưởng phụ, phương pháp chuẩn đoán hình ảnh đại , hiệu phổ biến giới Ngày MRI sử dụng để kiểm tra gần quan thể não dây cột sống Trong khóa luận em tìm hiểu “ Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI” nhằm nâng cao tầm hiểu biết tiếp cận sâu với kĩ thuật điện tử Mục đích nghiên cứu Nâng cao hiểu biết kĩ thuật điện tử nói chung nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI nói riêng Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI thực tế Nhiệm vụ Nghiên cứu lý thuyết nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết Cấu trúc khóa luận Nội dung cấu trúc luận văn gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung tạo ảnh cộng hưởng từ Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI Chương 3: Máy chụp cộng hưởng từ MRI chậm 1ms cho góc quay 900 , khoảng thời gian tương đối dài, tiến động 42 triệu lượt giây tesla Hình 2.9: Cho thấy tập hợp hạt nhân, tiến động xung quanh Bo từ trường sóng vô tuyến chúng tạo thành mạng từ hóa Cường độ sóng vô tuyến phát từ thể phụ thuộc vào kích thích định hướng mạng từ hóa, mạng từ hóa dao động lớn sóng vô tuyến thu nhiều Cường độ tín hiệu tỉ lệ thuận với thông số từ hóa mà vuông góc với từ trường (các từ hóa ngang) thông số song song ảnh hưởng (được gọi từ hóa theo chiều dọc), hình 2.7 kích thước từ hóa ngang bán kính vòng tròn Nếu mạng từ hóa hướng dọc theo từ trường (như trạng thái cân bằng) ta không thu sóng vô tuyến hạt nhân tiến động riêng lẻ Điều tín hiệu sóng hạt nhân hoạt động đơn lẻ từ trường có nghĩa chúng không dao động vuông góc với từ trường, điều làm mạng từ hóa dọc theo từ trường B0 (không có từ hóa ngang) Tần số sóng vô tuyến dải tần FM, mở cửa máy quét thấy truyền thông vô tuyến tivi tạo tác hình ảnh Ở tần số thấp thu tần số dòng sóng vô tuyến AM Ở tần số cao thu sóng vô tuyến truyền hình, sóng điện thoại di động dải tần số cao ta thu ánh sáng, tia X xạ gamma, từ tần số tia cực tím trở lên xạ tạo thành ion hóa có nghĩa có đủ lượng để phá vỡ phân tử thành nguyên tử đơn lẻ nhỏ Máy quét cộng hưởng từ MRI sử dụng nguồn lượng nhỏ nhiều 2.2.3 Khung quay tham chiếu Vấn đề trở nên phức tạp tiếp tục nghiên cứu tiến động từ hóa đẩy sóng vô tuyến để đồng với tiến động Nó đơn 26 giản không việc theo dõi tiến động Larmor thay đổi trường sóng vô tuyến thời điểm Một ví dụ tương tự: Chúng ta mô tả cách ngựa di chuyển đu quay Một người đứng bên cạnh đu quay quan sát, ngựa di chuyển tương đối phức tạp Tuy nhiên đu quay giữ cố định chuyển động ngựa đơn giản chuyển động lên xuống Chúng ta nói chuyển từ khung quay tham chiếu cố định sang khung quay tham chiếu Trong ví dụ trên, đơn giản hóa mô tả tượng cộng hưởng cách di chuyển khung quay tham chiếu loại bỏ tiến động Larmor Chúng ta làm cho đu quay quay với tần số Larmor thấy khung quay từ hóa cố định đưa sóng vô tuyến vào Vì vậy, ảnh hưởng từ trường B0 mô tả hình 2.10 Hình 2.10: Ảnh hưởng từ trường Bo đến tiến động Ở hình 2.10: Trong khung tham chiếu cố định, xuất tiến động nhanh chóng (hình bên trái) Trong khung quay tham chiếu (hình giữa) từ hóa thường di chuyển chậm quy hợp khác biệt nhỏ tần số Khi truyền sóng vô tuyến cộng hưởng ảnh hưởng tạo tiến động xung quanh trục vuông góc với từ trường Bo (bên phải) Mô tả khung tham chiếu cố định khung quay tham chiếu xác nhiên lời giải thích đưa khung quay tham chiếu chuyển động từ hóa đơn giản Hơn máy quét dùng để đo 27 lường dựa kết việc sử dụng khung quay tham chiếu Bởi máy quét loại bỏ nhanh chóng rung động tín hiệu trước chúng lưu trữ máy tính (các tín hiệu điều chế từ tần số Larmor xuống tần số thấp hơn) 2.2.4 Sự phục hồi Tương tác xảy va chạm giữ hạt nhân gần làm phát sinh từ hóa cách liên tục tiến gần đến trạng thái cân Điều gọi phục hồi, tốc độ phục hồi phụ thuộc vào tương tác proton gần nhau, phụ thuộc vào độ cứng vững vật chất Đó khác biệt trog phần lớn phân tử nước chuyển động tự gây phần lớn tương phản mà thấy ảnh cộng hưởng từ hạt nhân Sự phục hồi xảy hai khoảng thời gian khác nhau: Từ hóa vuông góc với từ trường (từ hóa ngang) thường giảm tương đối nhanh chóng khoảng thời gian để phục hồi từ hóa dọc theo từ trường (từ hóa theo chiều dọc) Từ hóa ngang ( M xy ) giảm theo cấp số nhân khoảng thời gian T2 (ví dụ 100ms mô não, vài giây phân tử nước tinh khiết) Các từ hóa theo chiều dọc ( Mz ) tiến đến trạng thái cân Mo khoảng thời gian T1 (ví dụ khoảng giây cho mô não vài giây cho nước tinh khiết ) Thời gian phục hồi phụ thuộc vào tính linh động phần tử cường độ từ trường 2.2.4.1 Trọng số Sự tương phản ảnh cộng hưởng từ MRI điều khiển lựa chọn phương pháp đo lường ( trình tự thứ tự thông số thảo luận sau).Ví dụ gọi ảnh có trọng số T2 thông số thu thập chọn cho độ tương phản hình ảnh chủ yếu phản ánh biến thể T2 Lấy ví dụ, thay đổi thành phần nước gây lên số tương phản 28 Thời gian phản hồi TE khoảng thời gian mà từ quay từ hóa ngang vào mặt phẳng ngang định bắt đầu đo sóng vô tuyến Trong đó, phục hồi T2 gây mát từ hóa tín hiệu Thời gian phục hồi khoảng thời gian trình mà tạo trọng số T2 hình ảnh cộng hưởng Thời gian phản hồi TE dài (so với T2) cho kết có độ tương phản lớn, lại có tín hiệu Độ nhạy lớn biến thể T2 đạt T2 TE Thông thường lặp lại phép đo tương tự vài lần, ví dụ lần cho dòng hình ảnh Thời gian lặp lại TR thời gian lần lặp lại Mỗi thực phép đo sử dụng phần từ hóa theo chiều dọc, từ hóa mặt phẳng ngang tạo sóng vô tuyến thành phần theo chiều ngang biến Nếu sử dụng từ hoa thường xuyên (thời gian lặp lại TR ngắn) lần lặp lại tạo tín hiệu nhỏ Mặt khác chờ đợi lâu lần lặp lại (thời gian lặp lại TR dài) từ hóa gần phục hồi trạng thái lần lặp lại Thời gian lần lặp lại ngắn hay dài có ý nghĩa ? Đó khoảng thời gian tương đối T1 để từ hóa theo chiều dọc phục hồi lại Nếu từ hóa khôi phục lại hoàn toàn phép đo tất loại mô máy quét, có nghĩa thời gian lần lặp lại TR dài T1 tương đối nhiều độ tương phản T1 biến Trong trường hợp từ hóa ngang quay theo quay hạt nhân, phản ánh từ hóa cân Các sóng vô tuyến hoạt động tốt theo phương thức Từ hóa trạng thái cân chi phối nồng độ hidro gọi mật độ proton (PD) Do kết luận việc sử dụng thời gian lặp lại TR dài gây trọng số T1 giới hạn lại thu tín hiệu lớn Nếu sử dụng thời gian lặp lại TR ngắn tín hiệu yếu tất loại mô tín hiệu tiến đến trọng số T1 có nghĩa hình ảnh có cường độ yếu với thay đổi tín hiệu tương đối lớn 29 mô với thời gian T1 khác Cuối giảm độ tương phản hai T1 T2, kết tạo ảnh có trọng số PD Trong ảnh cộng hưởng từ thay đổi hàm lượng nước nguồn gốc tương phản Mật độ proton mật độ hidro mà nhìn thấy ảnh cộng hưởng từ Tóm lại, sử dụng theo trình tự sau đây: Kích thích- chờ- đo lường- chờ- lặp lại Ảnh trọng số T1 tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR ngắn thời gian phản hồi TE ngắn tương phản T1 đạt cực đại tương phản T2 đạt cực tiểu Hình ảnh trọng số T2 tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR dài thời gian phản hồi TE dài độ tương phản T1 đạt cực tiểu độ tương phản T2 đạt cực đại Hình ảnh trọng số PD tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR dài thời gian phản hồi TE ngắn T1 T2 đạt cực tiểu Do tín hiệu đạt cực đại không tác dụng độ tương phản biến Khi có thay đổi nhỏ tồn hàm lượng nước mô Sự kết hợp không đầy đủ thời gian phản hồi thời gian lần lặp lại ngắn tạo tín hiệu yếu hỗn hợp T1 tương phản T2 Hình ảnh chai đựng thạch minh họa độ tương phản tín hiệu hình ảnh thay đổi quán theo TE, TR (a)Bốn hình ảnh thu với TR= giây TE= 90,50,20,15 ms ( hiển thị theo trình tự ) (b) Sáu hình ảnh thu với TE =15ms TR = 500,1000,2000,3000, 4000 5000 ms ( hiển thị theo thứ tự ) Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu độ tương phản chai chứa thạch 30 Khi ta thay đổi tính quán T1 dài, ngắn bao nhiêu? Tương tự T2 Chai nước tinh khiết? Thạch có cấu trúc bền nhất? Hình ảnh có T1, T2, trọng số PD? 2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi Sự khác biệt T1 T2 khác nguyên nhân phản hồi Đối với proton chất có cấu trúc bền spin lệch pha sau bị kích thích, có nghĩa tất hướng vuông góc với từ trường Điều spin tác động đến từ trường làm cho spin lân cận tiến động tần số thay đổi Đối với chất có cấu trúc bền tương tác không thay đổi theo thời gian, chúng thay đổi nước, hạt nhân thưỡng xuyên xay tương tác vói hạt nhân lân cận Do đo Spin trì pha thời gian tương đối dài (cỡ vài giây) nước, chúng định hướng (khoảng vài ms) chất có độ bền cao Vì kết luận chất có độ bền cao T2 ngắn Quá trình mô tả ảnh hưởng đến tần số Larmor spin không làm phát sinh thay đổi từ hóa theo chiều dọc, tương tác hai hạt nhân làm thay đổi lượng kết hợp, tỉ lệ với từ hóa theo chiều dọc Do tương tác không đóng góp vào phục hồi T1, mà yêu cầu phải tương tác hạt nhân mạnh liên quan đến việc trao đổi lượng với môi trường xung quanh Kết tất trình phục hồi T1 kết trình phục hồi T2 Thường T2 trở lên ngắn độ bền vật chất lớn, điều không áp dụng T1, với chất có độ bền cao chất lỏng (ví dụ vài giây) T1 ngắn tương tác ngẫu nhiên proton lân cận đáp ứng điều kiện cộng hưởng Ví dụ, tesla, T1 ngắn mà proton đáp ứng khoảng 42 triệu hạt nhân khác vòng giây (tần số 31 Larmor 42 MHZ) Nó điều dễ hiểu, chí đẩy ngẫu nhiên xích đu dẫn đến dao động đáng kể tần số nằm khoảng phù hợp Nếu thay vào đẩy nhanh chậm dao động đẩy ngẫu nhiên không 2.2.4.3 Sự không đồng mát nguồn tín hiệu Sự tương tác hạt nhân phân tử không ngừng thay đổi, gây mát tín hiệu vô tuyến khoảng thời gian T2 pục hồi từ hóa theo chiều dọc khoảng thời gian T1 dài Tuy nhiên mát từ hóa ngang dễ xuất tính không đồng từ trường nghĩa biến đổi Bo Điều thể qua phương trình Larmor, tiến động hạt nhân tần số phụ thuộc vào từ trường Nếu từ trường thay đổi sau thời gian hạt nhân tất hướng theo chiều ngang chúng có liên kết sau kích thích Quá trình gọi lệch pha, tín hiệu tỉ lệ với mạng từ hóa ngang thuộc tính không đồng gây mát tín hiệu Lớn không đồng từ trường mát tín hiệu xảy nhiều Làm để lệch pha xảy nhanh chóng khoảng thời gian không đổi T2* ( phát âm T2 sao) Mức độ không đồng phụ thuộc phần vào thuộc tính máy quét, để tạo từ trường máy quét, T1 T2 thông số phụ thuộc vào mô tế bào mà giá trị chúng thường biết trước Sự mát tín hiệu phục hồi tương tác hạt nhân thủ thuật khôi phục lại tín hiệu bị mát tính không đồng Quá trình phục hồi lệch pha gọi tái tập trung liên quan đến liên kết bước hạt nhân mặt phẳng ngang Sự tái tập trung kích thích lặp lặp lại sóng vô tuyến mô tả Tín hiệu phục hồi biết đến "echo" nghịch 32 2.2.5 Quy trình làm việc Quy trình làm việc phương pháp đo cộng hưởng từ tồn số bất thường Trong được đặc trưng quy trình làm việc xảy trình đo Chuỗi spin quy trình phản hồi quay, lần từ hóa quay 900 khỏi vị trí cân thông qua việc sử dụng sóng vô tuyến Do tính không đồng sau thời gian xảy lệch pha Sau từ hóa quay 1800 sóng vô tuyến Sau khoảng thời gian nhỏ tái tập trung tín hiệu đo đạc Điều có tính lặp lặp lại Trong trình làm việc có thông số trình, ví dụ thời gian chờ đợi từ kích thích đến đo lường Do phương pháp lường miêu tả tên trình làm việc thông số trình liên quan Nó điều khiển độ nhạy phép đo thông số mô khác lựa chọn thực dựa tảng tình hình bệnh thực tế Quá trình làm việc bao gồm yếu tố như: - Sự kích thích: Làm quay từ hóa khỏi vị trí cân - Độ lệch pha: Sự không đồng từ trường làm cho hạt nhân tiến động với độ lệch pha khác ảnh hưởng đến xếp hạt nhân làm cho tín hiệu bị mát - Tái tập trung xung sau kích thích lệch pha, phần tín hiệu bị mát tính không đồng (có thể phục hồi) Ta phục hồi cách gửi xung vô tuyến ( 1800 ) trường hợp gọi tái tập trung xung, quay từ hóa 1800 xung quanh từ trường sóng vô tuyến Hầu hết quay tiến động nhanh chóng trình lệch pha Quá trình có số yếu tố khác đề cập là: Sự nghịch đảo, gradient lưỡng cực, pha vỡ, gradient hình ảnh Một số thông số mô tả văn thuật ngữ 33 2.2.6 Tỉ số tín hiệu nhiễu tỉ số tương phản nhiễu Trong phần trước đề cập đến hình ảnh có trọng số PD phản ánh xác bệnh lí Mặc dù thực tế tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) thường phản ánh tốt hình ảnh đó, từ hóa phục hồi hoàn toàn thời gian phục hồi ngắn làm tăng cường độ tín hiệu Nhưng ta biết hình ảnh minh họa lại cho thấy tỉ lệ tương phản nhiễu sử dụng nhiều tỉ lệ tín hiệu nhiễu, có nghĩa hình ảnh mong muốn đặc trưng sai khác tín hiệu điều kiện mô mà muốn phân biệt Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trục thời gian (từ trái sang phải) Bao gồm giai đoạn đo lường Các khối quy trình phản hồi quay xung sóng vô tuyến, có nghĩa thời gian sóng vô tuyến đưa vào sử dụng Quy trình làm việc sau: Ban đầu sóng vô tuyến phát thời gian cần thiết để quay từ hóa 900 quanh trục y khung quay tham chiếu Sau thời gian chờ đợi ngắn, spin bị lệch pha, sóng vô tuyến lại truyền khoảng thời gian thích hợp để quay từ hóa 1800 xung quanh trục x Điều bước tiến đến tái tập trung Tín hiệu đo đạc lên điều hoàn tất 34 CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ Hình 3.1 : Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI MRI Sacnner Cutaway: Máy chụp cộng hưởng từ MRI Patient: Bệnh nhân Patient Table: Bàn bệnh nhân Scanner: Quét Gradient coils: cuộn Gradient Radio frequency coil: Cuộn tần số sóng vô tuyến 35 3.2 Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI Cuộn dây nam châm siêu dẫn Cuộn RF Cuộn Gradient Ảnh Xung RF Tín hiệu RF Cuộn dây nam châm siêu dẫn Tần số vô tuyến thu Cung cấp nguồn Gradient Data Lệnh Lệnh Tần số vô tuyền thu ảnh Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI 3.2.1 Từ trường Trung tâm hệ thống tạo ảnh cộng hưởng từ MRI nam châm lớn tạo từ trường mạnh Khi thể bệnh nhân đặt từ trường từ trường tạo hai hiệu ứng để tạo hình ảnh: - Sự nhiễm từ mô: Là hiệu ứng mô bị nhiễm từ tạm thời xếp lại proton bệnh nhân đặt từ trường Hiệu ứng bệnh nhân khỏi khối từ Nhờ có hiệu ứng mà máy MRI phân biệt mô thường hay mô bệnh chúng bị nhiễm từ mức khác - Cộng hưởng mô Trường từ gây cho mô cộng hưởng tần số cụ thể Sự cộng hưởng mô thường xảy proton Trong từ trường mạnh 36 mô cộng hưởng phạm vi tần số sóng vô tuyến Điều khiến cho mô hoạt động đầu phát thu sóng vô tuyến trình tạo ảnh 3.2.2 Các loại nam châm Có nhiều loại nam châm dùng để tạo từ trường như: Nam châm điện, nam châm vĩnh cửu, nam châm siêu dẫn Hiện nay, nam châm siêu dẫn sử dụng rộng rãi từ trường mà tạo lớn (1.0 đến 1.5T) 3.2.3 Gradient Khi hệ thống MRI trạng thái không tạo ảnh từ trường hoàn toàn đồng thể bệnh nhân tạo ảnh từ trường hoàn toàn bị méo dạng với gradient Gradient thay đổi cường độ từ trường từ điểm đến điểm khác thể bệnh nhân Gradient tạo cuộn gradient gắn nam châm bật tắt nhiều lần trình tạo ảnh để tạo lớp cắt Hệ thống RF: Hệ thống cung cấp liên kết thông tin người bệnh nhân mục đích tạo ảnh Hệ thống bao gồm cuộn dây RF, đóng vai trò ăng-ten dùng để truyền nhận tín hiệu từ mô.Thông thường có hai cuộn thu phát khác Đầu phát: Tạo lượng RF truyền vào thể bệnh nhân Năng lượng tạo dãy xung RF rời rạc Đầu thu: Sau thời gian ngắn chuỗi xung RF truyền vào thể, mô cộng hưởng phát lại tín hiệu RF, cuộn dây có tác dụng thu nhận lại tín hiệu số hóa, sau lưu trữ tạm thời máy tính để chuẩn bị cho công việc tạo ảnh 3.2.4 Máy tính Máy tính hệ thống MRI có chức sau: - Điều khiển thu nhận: Đầu tiên việc thu nhận tín hiệu RF số hóa từ thể bệnh nhân Quá trình thu nhận bao gồm số chu kì tạo ảnh Trong chu kì, dãy xung RF truyền vào thể Các gradient kích hoạt người ta thu tín hiệu RF phản hồi từ 37 mô Để tạo ảnh cần phải trải qua nhiều chu kì Chất lượng ảnh phụ thuộc vào chu kì chất lượng ảnh cao - Tái tạo ảnh: Máy tính sử dụng biến đổi toán học Fourier cho liệu RF để tạo ảnh thời gian cực ngắn - Lưu trữ khôi phục ảnh: Ảnh sau tái tạo lưu trữ máy tính thiết lưu trữ (ổ cứng, ổ mềm, đĩa CD) Ảnh phục vụ cho quan sát để chuẩn đoán bệnh 38 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận thu kết sau: - Hiểu nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ hạt nhân - Biết cấu tạo máy chụp cộng hưởng thông thường quy trình làm việc - Biết ưu nhược điểm phương pháp chụp cộng hưởng từ MRI so với phương pháp khác Tuy nhiên, qua trình nghiên cứu nhận thấy phương pháp tạo ảnh cộng hưởng từ MRI số hạn chế thời gian tạo ảnh lâu nên chất lượng ảnh bị ảnh hưởng cử động bệnh nhân thiết bị cấu tạo cuộn dây, muốn khắc phục nhược điểm sử dụng nhiều cuộn dây - Phương pháp tạo ảnh cộng hưởng từ song song PMRI Cuối mong đóng góp ý kiến, giúp đỡ, cộng tác nghiên cứu để đề tài có ý nghĩa ứng dụng vào thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bs Trần Đức Quang (2007), Nguyên lý kĩ thuật chụp cộng hưởng từ (MRI), NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM 39 [2] Đoàn Nhật Ánh, Kĩ thuật chuẩn đoán hình ảnh [3] Nguyễn Thanh Thủy, Nhập môn xử lí hình ảnh [4] Thomas P.Harnak, The Basics of MRI Website: http://www.cis.rit.edu/htbook/mri/inside.htm [5] TS.Huỳnh Lương Nghĩa, Cơ sở thiết bị chụp cắt lớp máy vi tính, Học viện kĩ thuật quân 40 [...]... phát triển (1996 – 2006) từ 1 máy lên 23 máy người bệnh Việt Nam không phải ra nước ngoài chụp MRI nữa, giúp người bệnh có được chất lượng điều trị cao và chi phí chữa trị rẻ 8 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.1.1 Khái quát chung Chúng ta đều biết mọi vật đều được cấu tạo từ nguyên tử Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton... thiết kế chế tạo ra chiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiên dùng trong việc tạo ảnh y tế của cơ thể người Đến năm 1980, chiếc máy chiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiên được đưa vào sử dụng Đến năm 1987 Cardiac MRI được đưa vào sử dụng cho việc chuẩn đoán các bệnh về tim mạch Đến năm 1993 fMRI (Functional MRI) dùng để chuẩn đoán các chức năng và hoạt động của não bộ Kĩ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ MRI hiện... tương tự Vì vậy, khi đọc bất kì một phim MRI nào trước tiên phải tìm những cấu trúc mà ta biết chắc chắn là nước như dịch não tủy trong các não thất và ống sống, nước tiểu trong bàng quang nếu cấu trúc nước ấy có màu tối thì đó là ảnh T1W, nếu màu sáng thì là ảnh T2W 2.2 Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.2.1 Cộng hưởng từ Ban đầu cộng hưởng từ được mô tả bằng một nam châm và một la bàn Nếu một la bàn... điện toán để tạo ra hình ảnh của đối tượng vừa được đưa vào từ trường đó Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ gồm có 4 giai đoạn như sau: + Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân Mỗi proton trong môi trường vật chất đều có một momen từ tạo ra bởi spin (xoay) nội tại của nó Trong điều kiện bình thường, các proton sắp xếp một cách ngẫu nhiên nên momen từ của chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra... trong cơ thể - Các tín hiệu cộng hưởng từ hầu hết có nguồn gốc từ các hạt nhân nguyên tử hidro (có nghĩa là các hạt nhân nguyên tử trong các nguyên tử hidro), hầu hết các nguyên tử được tìm thấy trong các phân tử nước trong cơ thể, một vài hạt nhân khác được sử dụng cho cộng hưởng từ - Hạt nhân hidro (còn gọi là proton) hoạt động như một kim la bàn nhỏ khi đưa nó vào trong một từ trường nó sẽ tự sắp xếp... cộng hưởng từ vào năm 1946 và từ năm 1950 đến năm 1970 cộng hưởng từ đã được ứng dụng và phát triển rộng rãi Đến năm 1970, nền tạo ảnh y học thế giới đã có sự thay đổi đáng kể với sự công bố kết quả nghiên cứu của tiến sĩ Raymond Damidian Ông phát hiện ra cấu trúc cơ thể người bao gồm phần lớn là nước và đó là chìa khóa cho ứng dụng tạo ảnh cộng hưởng trong y tế Sau đó tiến sĩ Damidian và các cộng sự... tiết hiện tượng cộng hưởng từ được sử dụng trong máy quét, ảnh hưởng của sự quay vào sự chuyển động của trục từ trường: Đó là một lực điện từ tác dụng theo một hướng có thể tạo ra một lực đẩy theo một hướng khác mà có thể kéo theo kim nam châm về phía bắc, tạo ra sự quay xung quanh hướng bắc nếu kim quay xung quanh trục dài của nó 21 22.2 Từ tính của cơ thể Sự quay của kim nam châm bị ảnh hưởng bởi sóng... đó là từ hóa dọc, song song với từ trường của máy và từ hóa ngang, vuông góc với từ trường của máy Từ hóa dọc là hiện tượng từ hóa do ảnh hưởng của từ trường máy Đó chính là trạng thái cân bằng như đã trình bày ở trên Trạng thái này duy trì cho đến khi có một xung RF tác động làm cho véctơ từ hóa bị lệch khỏi hướng của véctơ từ trường máy Khi phát xung RF, sau một khoảng thời gian nào đó, véctơ từ hóa... Larmor trong cộng hưởng từ hạt nhân Phương trình Larmor thể hiện mối quan hệ giữa tần số cộng hưởng và từ trường, nó được cho là phương trình quan trọng nhất trong cộng hưởng từ f   B0 Phương trình cho chúng ta biết rằng tần số f tỉ lệ thuận với từ trường B0 , hệ số tỉ lệ là 42MHZ/T đối với proton, nó được gọi là tỉ số hồi chuyển hoặc chỉ đơn giản là gamma Như vậy, ví dụ tần số cộng hưởng của proton... nhận ra mạng từ hóa (được biểu thị bằng mũi tên dày) bị ảnh hưởng bởi từ trường Trong cơ thể người tồn tại một số lượng lớn các hạt nhân hidro (khoảng 1027) do đó mạng từ hóa vẫn có thể đo đạc được Nó tỉ lệ với từ trường này: Một từ trường lớn sẽ tạo ra sự liên kết lớn và do đó sự từ hóa sẽ lớn, tỉ số tín hiệu trên nhiễu tốt hơn (SNR) Nếu từ hóa mạng được đưa ra khỏi vị trí cân bằng thì mạng từ hóa không ... CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.1.1 Khái quát chung 2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW 15 2.2 Tìm hiểu nguyên. .. nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI nói riêng Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI thực tế Nhiệm vụ Nghiên cứu lý thuyết nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI Phương... lý thuyết Cấu trúc khóa luận Nội dung cấu trúc luận văn gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung tạo ảnh cộng hưởng từ Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI Chương 3: Máy chụp cộng hưởng