Khi đặt bệnh nhân vào từ trường, các proton: Tự xếp hàng trong từ trường ngoài theo 2 hướng song song và đối song song, tạo các mức năng lượng khác nhau... Xung RF phải có cùng tần số
Trang 1NGUYÊN LÝ CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ
BS PHAN CHÂU HÀ BM.Chẩn Đoán Hình Ảnh –
ĐHYD TP HCM
ROCKY MOUNTAIN, COLORADO, USA
MRI Dept., ST VINCENT HOSP., CT, USA
10/2003
Trang 31.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
1952: Felix Bloch và Edward Purcell đoạt giải Nobel Prize với ‘NMR” (Nuclear Magnetic
Resonance)
1973: Paul Lauterbur/ hình CHT đầu tiên
1977: Raymond Damadian : Máy CHT đầu tiên
1987: EPI/ real time khảo sát hoạt động tim
1993: fMRI
Trang 4HÌNH ẢNH MÁY CHT
ĐẦU TIÊN 1977
Dr Raymond Damadian
Trang 5HÌNH ẢNH MÁY CHT ĐẦU TIÊN 1977
Trang 6HÌNH ẢNH CƠ THỂ NGƯỜI TRÊN MÁY
CHT ĐẦU TIÊN
Trang 7HÌNH ẢNH CƠ THỂ NGƯỜI TRÊN MÁY
CHT HIỆN NAY
HÌNH CỘT SỐNG CỔ THỰC HIỆN TRÊN MÁY CHT 1.5 T
Trang 82 HỆ THỐNG CHỤP CHT
1 Nam châm: Độ lớn từ trường: 0,2 T – 2.0 T ; > 3 T
2 COIL:
- Các cuộn chênh từ (gradient coil)
- Cuộn phát sóng RF (Body coil).
- Cuộn thu tín hiệu tạo ra: volume coil, surface/local coil, phase array coil, body coil.
Trang 9Máy CHT mở
Trang 10MÁY SIEMENS MAGNETOM Avanto 1.5T, Tim [76 x 18]
Hệ thống Avanto giúp giảm thời gian chụp, xử lý ảnh và
tăng chất lượng hình ảnh.
Trang 11TỪ TRƯỜNG MÁY MRI
Đơn vị: Tesla hay Gauss
1 tesla = 10.000 gauss
Gauss : nhà toán học Đức, người đầu tiên đo từ trường trái đất
Tesla : cha đẻ của dòng điện xoay chiều.
Từ trường ≥ 1T được xem như từ trường cao, tạo chất lượng hình ảnh tốt hơn nhiều so với từ trường thấp.
Trang 12NAM CHÂM
Có 3 loại:
Nam châm vĩnh cửu (permanent magnets) Nam châm có điện trở (resistive magnets) Nam châm siêu dẫn (superconducting
magnets)
Trang 13Nam châm vĩnh cửu (permanent magnets)
Ưu điểm: không dùng năng lượng để hoạt động.
Khuyết điểm:
nặng 100 tấn!)
Trang 14Nam châm có điện trở (resistive magnets)
Dùng năng lượng điện nên gọi là nam châm điện:
từ trường tạo ra do dòng điện qua cuộn dây.
Ưu điểm:
Tạo ra từ trường cao hơn nam châm vĩnh cửu.
Khuyết điểm:
Mức tiêu thụ điện, nước (làm nguội) cao.
Khó đạt được từ trường > 1.5T vì tạo ra rất nhiều nhiệt
Trang 15Nam châm siêu dẫn(superconducting magnets)
Được dùng rộng rãi hiện nay.
Là nam châm điện.
Chứa một chất dẫn điện đặc biệt Chất này sẽ mất điện trở nếu bị làm nguội xuống nhiệt độ -269 độ
C khi gởi dòng điện, dòng điện sẽ ở nam châm liên tục và tạo ra từ trường ổn định liên tục
Những chất làm lạnh là Helium, nitrogen.
Ưu điểm: tạo ra từ trường cao và rất đồng nhất
Khuyết điểm: giá thành cao
Trang 16Cuộn chênh từ (gradient coil)
Thay đổi từ trường bằng cách tạo ra những trường điện từ thêm vào, giúp chọn lát cắt
và xác định tín hiệu thu được từ proton
nào.
Các cuộn chênh từ chuyển động liên tục
suốt thời gian chụp gây ra tiếng ồn.
Trang 17Cuộn phát sóng RF (Body coil)
Là phần gắn cố định vào máy và bao quanh bệnh nhân.
Phát xung RF kích hoạt proton
Trang 18Cuộn thu tín hiệu tạo ra
Dùng nhận tín hiệu tạo ra.
Có các loại:
- Volume coil: chụp đầu
- Surface/local coil: chụp cổ tay, khớp…, đặt trực tiếp coil lên vùng khảo sát và có dạng tương ứng với vùng khảo sát, khuyết điểm là có thể không nhận được tín hiệu từ các cấu trúc sâu.
- Phase array coil: chụp khớp vai…
- Body coil: chụp bụng, chậu, đùi, chân…
Trang 21Shim coils
Dùng để thực hiện quá trình gọi là
“shimming” nhằm điều chỉnh về điện – cơ, làm tăng sự đồng nhất từ trường.
Trang 22Lồng Faraday
Tín hiệu MRI tương đối yếu Do đó, sự can thiệp của sóng RF bên ngoài phòng chụp có thể làm giảm chất lượng hình.
Do đó, dùng lồng Faraday để bao bọc toàn
bộ tường, trần, sàn phòng MRI, nhằm
ngăn cản sóng RF bên ngoài phòng MRI
ảnh hưởng đến sóng RF được dùng trong
hệ thống máy MRI.
Trang 244 ƯU , KHUYẾT ĐIỂM CỦA CHT
ƯU ĐIỂM
1 Bệnh nhân không bị ảnh hưởng bởi tia xạ.
2 Bệnh nhân không bị ảnh hưởng gì về mặt sinh học.
3 Thu được hình hình chụp đa mặt phẳng: coronal, axial,
sagittal hay bất kỳ mặt phẳng nghiêng nào
4 Độ phân giải mô mềm cao.
5 Hiển thị đặc điểm mô tốt hơn khi so với CT.
6 Chụp được MRA kể cả khi không dùng chất tương
phản.
7 Là kỹ thuật hình ảnh không xâm lấn.
8 Chất tương phản tác dụng phụ rất hiếm
Trang 25KHUYẾT ĐIỂM
1 Giá cao
2 Không dùng được nếu bệnh nhân bị
chứng sợ nơi chật hẹp hay đonùg kín
3 Thời gian chụp lâu: gặp khó kh ăn nếu
bệnh nhân nặng hay không hợp tác
4 Vỏ xương và tổn thương có calci khảo sát
không tốt bằng XQ, CT
5 Thời gian đào tạo chuyên môn dài.
6 Không thể chụp bệnh nhân với máy tạo
nhịp tim, các clip phẫu thuật, mô cấy ở
mắt hay tai,…
7 Không thể mang theo thiết bị hồi sức vào
phòng chụp.
Trang 265 CHỐNG CHỈ ĐỊNH CHỤP CHT
Trang 287 SO SÁNH PHƯƠNG THỨC CHT VÀ
CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TỐN
- Không dùng tia xạ: H
- Đa mặt phẳng
- Xương: tủy + + +
- Vôi: +
- Mô mềm : + + +
- Contrast: độc thận (-)
- Tương thích thiết bị hồi sức
Trang 29- Xuất huyết não
- Bệnh nhân không hợp tác, có thiết bị hồi sức hỗ trợ
Phần lớn tổn thương:
- Bệnh lý chất trắng
- U, viêm
- BL thoái hóa TK,
hủy myelin
- Nhồi máu não : cấp
- Xuất huyết não
- Dị dạng: mạch máu, bẩm sinh
Trang 30độ vững, diện khớp.
- Rất tót với việc chẩn đoán các bệnh lý: bất thường
bẩm sinh, thoái hóa cột sống, viêm, xơ cứng rải rác, u…
Trang 31- Được ưa thích hơn để đánh gía khớp: dây chằng, sụn ; các thay đổi tủy xương/u và
nhiễm trùng, hoại tử vô trùng; sự xâm lấn hệ cơ, thần kinh, mạch máu / u ác tính
Trang 32- MRI cho nhiều thông tin trong khảo sát tổn thương khu trú và di căn
- Resovist: ưu thế MRI
Trang 33Các ứng dụng MRI so với CT
Thận Nang, u lành tính, u
đóng vôi ít
Các u xâm lấn mạch máu, có chống chỉ định cản quang chứa iode
Tuyến thượng thận Tốt Tốt
Trang 35- Vùùng chậu nữ: Tử cung, 2 phần phụ
- Vùùng chậu nam: Tuyến tiền liệt và cơ quan sinh
dục nam
(Có hoặc không có Endocoil ) Có hoặc không có Endocoil
- Khảo sát vùng hậu môn: rò,áp xe, khảo sát đông học sàn chậu (khảo sát hình thái và hoạt động co thắt cơ mu- trực tràng trong chẩn đoán nguyên
nhân đi cầu khó, vd hậu môn thay vì mở thì đóng khi rặn; bất thường hình thái thành trực tràng như túi sa trực tràng và lồng hậu môn-trực tràng,làm
nghẽn đường thoát phân)
Trang 41ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI PROTON
KHI ĐẶT CHÚNG VÀO TỪ
TRƯỜNG NGOÀI?
Khi đặt bệnh nhân vào từ trường, các
proton:
Tự xếp hàng trong từ trường ngoài theo 2
hướng song song và đối song song, tạo các mức năng lượng khác nhau.
Trang 43Proton xếp song song từ trường
ngoài cần năng lượng < proton xếp đối song song
Proton song song từ trường ngoài có
số lượng nhiều hơn.
Sự khác biệt không nhiều: vd 10 000 007/ 10 000 000
Trang 45CHUYỂN ĐỘNG ĐẢO
Là :
Chuyển động của proton
1 proton chuyển động vòng quanh theo 1 hướng nhất định, và các proton chuyển động ngẫu nhiên theo nhiều hướng.
Trục xoay tạo hình nón
Trang 47Proton
chuyển động đảo dọc theo đường sức
của từ trường
Trang 48Tần số đảo: proton chuyển động đảo với tần số đảo tính theo phương trình
Lamor.
Phương trình Lamor:
Bo : độ mạnh từ trường ngoài ( Tesla)
Trang 50ĐIỀU GÌ XẢY RA KHI CÁC PROTON CHUYỂN ĐỘNG SONG SONG VÀ ĐỐI
SONG SONG THEO TRỤC TỪ
TRƯỜNG NGOÀI?
Các vector từ trường ngược hướng nhau sẽ tự triệt tiêu từ trường lẫn nhau.
Vector tổng cùng hướng từ trường ngoài.
sự từ hóa dọc.
Trang 53CÓ THỂ ĐO ĐƯỢC LỰC TỪ TRƯỜNG
CỦA BỆNH NHÂN KHÔNG?
Không thể đo được lực
từ trường này nếu
Trang 55ĐIỀU GÌ XẢY RA TIẾP THEO SAU
KHI CHÚNG TA ĐẶT BỆNH NHÂN
VÀO TRONG TỪ TRƯỜNG?
Ta gởi đến 1 sóng radio, gọi là xung RF ( radio frequency) làm nhiễu loạn các proton.
Xung RF phải có cùng tần số đảo (cùng vận tốc) với các proton thì sự trao đổi năng lượng mới có thể xảy ra.
=> Việc proton nhận năng lượng từ sóng radio gọi là sự cộng hưởng - nguồn gốc của từ “ cộng hưởng từ”
Trang 58ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI CÁC PROTON
KHI CHÚNG TIẾP XÚC VỚI XUNG RF ?
Đổi hướng, chuyển động theo hướng ngược lại
giảm sự từ hóa dọc
=> Vậy:Sự từ hoá dọc giảm khi proton gặp
xung RF.
Trang 60Proton không chuyển động theo các hướng ngẫu nhiên mà chuyển động đồng bộ, cùng pha:
Ở một thời điểm, các proton chuyển động
cùng hướng => các vector từ trường chuyển
về cùng hướng, là hướng chuyển động đảo của các proton - hướng ngang => gọi là sự
từ hóa ngang.
Tóm lại: Sóng radio làm giảm sự từ hóa dọc
và thiết lập sự từ hóa ngang.
Trang 65VECTOR TỪ TRƯỜNG NGANG
Vậy : Vector từ trường ngang chuyển
động tạo ra một dòng điện trong một
antenna Đó chính là tín hiệu MRI.
=> tín hiệu MR cũng có tần số đảo.
Trang 66LÀM THẾ NÀO TA CÓ TÍN HIỆU
MRI TỪ DÒNG ĐIỆN NÀY?
Dùng từ trường không đồng nhất, có cường
độ khác nhau ở mỗi điểm trong cơ thể bệnh nhân sẽ tạo ra tần số đảo của các proton
khác nhau
Proton bị ảnh hưởng bởi từ trường từ các
nhân lân cận tần số đảo cũng khác nhau
Sự khác biệt từ trường bên trong là đặc
trưng cho một mô.
Trang 67Kết quả:
Proton ở các vị trí khác nhau trong cơ thể bệnh nhân sẽ chuyển động đảo với tần số khác nhau
tín hiệu MRI khác nhau ở các điểm
trong cơ thể
giúp ta nhận ra tín hiệu phát ra từ vị trí xác định nào trong cơ thể bệnh nhân.
Trang 68ĐIỀU GÌ XẢY RA NẾU TA TẮT
XUNG RF ?
Với xung RF, tất cả proton quay tròn cùng pha, đồng bộ, ta sẽ nhận được tín hiệu như đã mô tả ở trên.
Trang 70Sau khi tắt xung RF, các proton
không còn trong một pha và khi
chúng có các tần số đảo khác nhau, chúng sẽ ra khỏi pha ngay.
Trang 71Tắt sóng RF toàn bộ hệ thống trở
về trạng thái bình ổn ban đầu.
Quá trình thư duỗi dọc: quá trình trở
về vector từ hóa dọc.
Quá trình thư duỗi ngang: quá trình trở về vector từ hóa ngang.
Trang 72Lý do: các proton không nhận năng lượng
từ xung RF, trở về mức năng lượng thấp ban đầu và bắt đầu “đi bằng chân” trở lại.
Không phải tất cả các proton thực hiện
quá trình này cùng lúc Đây là quá trình xảy ra liên tục, lần lượt từ proton này đến proton khác.
Trang 74ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI NĂNG LƯỢNG MÀ CÁC PROTON ĐÃ NHẬN TỪ XUNG RF ?
Năng lượng này sẽ được truyền ra môi
trường xung quanh , gọi là “lattice”- Đây
là lý do gọi quá trình này là spin lattice
relaxation.
Sự từ hóa dọc tăng trở lại, và cuối cùng trở
về giá trị ban đầu.
Trang 75ĐƯỜNG CONG T1
Sự khôi phục quá trình từ hóa dọc theo thời gian tương ứng với đường cong T1.
Trang 76Thời gian để khôi phục sự từ hóa dọc là thời gian thư duỗi dọc (longitudinal
relaxation time).
Dễ dàng nhớ về T1 qua chữ viết tắt sau:
T1 = longitudinal relaxation time
= spin-lattice-relaxation time
T1 = Tl
Trang 77ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI SỰ TỪ HÓA
Trang 78ĐƯỜNG CONG T2
Trang 79Thời gian thư duỗi ngang T2 là 1 hằng số
Dễ dàng nhớ về T2 qua chữ viết tắt sau: T2 = transversal relaxation time
T2 = T x 2 = T T
T1 dài hơn T2.
Trang 81THỜI GIAN THƯ DUỖI DÀI BAO NHIÊU?
T2 : từ hóa ngang giảm xuống còn 37%
giá trị ban đầu.
=> Do đó ta không thu được hình có tên gọi T1, T2 mà là hình T1-weighted hay T2-
weighted
Trang 82YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN T1
1 Độ mạnh từ trường ngoài.
2 Thành phần mô.
Trang 83Theo phương trình Lamor :
Từ trường mạnh hơn proton chuyển
động đảo nhanh hơn khó trao năng
lượng cho môi trường xung quanh vốn có từ trường dao động chậm hơn thời gian hồi phục dọc T1 dài.
Giải thích
Trang 84Khi môi trường xung quanh chứa các phân tử
nhỏ (nước) chuyển động quá nhanh
proton khó giải phóng năng lương => proton
chậm trở về mức năng lượng thấp => thời gian khôi phục từ hóa dọc kéo dài => T1 nước/ dịch dài.
Khi môi trường xung quanh chứa các phân tử
kích thước vừa (hầu hết mô cơ thể có thể xem
như chất lỏng chứa các phân tử kích thước khác nhau) proton chuyển động và có từ trường dao động gần bằng tần số Lamor => năng lượng
truyền dễ dàng hơn => T1 ngắn.
Mỡ : những kết nối C ở cuối các acid béo có tần
số gần bằng tần số Lamor nên việc truyền n ăng lượng dễ dàng T1 ngắn
Trang 85KẾT QUẢ
Nước, các chất lỏng, các mô bệnh lý (thường chứa
hiệu thấp trên hình T1W
Nước có T1 dài hơn T1 của các chất lỏng không thuần
thuần nhất thấp hơn tín hiệu các mô chứa nước trên hình T1W.
Trang 86ĐƯỜNG CONG T1
Trang 87- Nước, mô bệnh lý (viêm, u, phù…chứa nhiều nước hơn
mô bình thường có tín hiệu thấp trên hình T1W (T1 dài).
- Mỡ tín hiệu cao trên hình T1W (T1 ngắn).
Trang 88T1W
Trang 92YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG T2
Khi các phân tử nước chuyển động quá nhanh, từ trường của chúng dao động nhanh, do đó không có sự khác biệt lớn ở độ mạnh từ trường ở các vị trí khác nhau bên trong
mô proton truyền năng lượng ra xung quanh chậm
hơn proton ở trong pha lâu hơn T2 dài hơn.
Với các chất lỏng không thuần nhất, ví dụ chúng có các phân tử lớn hơn, không thể chuyển động vòng quanh
nhanh có sự khác biệt lớn hơn về từ trường tại chỗ
sự khác nhau về tần số đảo proton truyền năng lượng
ra xung quanh nhanh hơn proton ở trong pha ngắn hơn
T2 ngắn hơn.
Trang 93KẾT QUẢ
Nước, các chất lỏng, mô bệnh lý (thường chứa lượng nước nhiều hơn mô bình thường ) : T2 dài tín hiệu cao trên hình T2W.
Nước có T2 dài hơn T2 của các chất lỏng không thuần
nhất chứa các phân tử lớn h ơn tín hiệu của nước thuần nhất cao hơn tín hiệu các mô chứa nước trên hình T2W.
Trang 94ĐƯỜNG CONG T2
Trang 95- Nước, mô bệnh lý (viêm, u, phù…chứa nhiều nước hơn
mô bình thường có tín hiệu cao trên hình T2W (T2 dài).
Trang 96T2W
Trang 97ỨNG DỤNG :
Thời gian thư duỗi thay đổi liên quan đến tín hiệu các mô bình thường và bệnh lý trên phim.
Trang 98Retro- ortbital fat White matter Internal capsule Thalamus
Cerebellar gray matter Caudate nucleus
Cortical gray matter Cerebrospinal fluid Ocular vitreous
Cerebrospinal fluid Ocular vitreous Cortical gray matter Cerebellar gary matter Caudate nucleus
Orbital fat Cortical white matter Internal capsule
Fat Cortical gray matter Cerebellar gray mattre Caudate
Cortical white matter Intrenal capsule
CSF Bone Air
Short T1 (White)
Long T1 (Black)
Long T2 (White)
Short T2 ( Black)
High proton density (White)
Low proton density (Black)
Trang 100T2 prolonged (white)
Trang 103Vector từ hoá dọc và ngang hợp lại tạo một
vector tổng biểu hiện cho từ trường toàn bộ.
Suốt quá trình thư duỗi, vector tổng trở về
hướng dọc và cuối cùng tương đương từ hoá dọc
Vector tổng quay với tần số đảo -> tạo ra dòng điện trong ăng-ten, là tín hiệu chúng ta nhận được và dùng trong MR
Tín hiệu này giảm cường độ theo thời gian.
Trang 104Tắt RF
Trang 109KHÁI NIỆM VỀ TR
Thử nghiệm :
Có 2 mô A và B khác nhau về T1 và T2.
Trang 110Gởi một sóng RF: có sự tạo lập từ hoá ngang rồi trở về từ hoá dọc
Chờ 1 thời gian TR dài: mô A và B có từ hoá dọc tương đương nhau (hình 5) Lúc đo,ù nếu gởi 1
sóng RF tiếp theo, 2 mô sẽ có từ hoá ngang tương
tự nhau (hình 6).
Trang 111Nếu gởi 1 sóng RF thứ hai sau TR ngắn (sau hình 4) Thời điểm này: từ hoá dọc mô A > B
Với RF pusle thứ hai làm quay từ hoá dọc 90 độ,
từ hoá ngang mô A > B.
mô A cho tín hiệu trong ăng-ten mạnh hơn.
Trang 112Kết luận
Khác biệt về sự khôi phục từ hoá dọc dẫn
đến khác biệt về tín hiệu giữa 2mô.
tín hiệu giữa 2 mô.
Phân biệt được mô A với B khi chọn thời
gian giữa 2 xung ngắn ( TR ngắn)
Vì sau TR dài, 2 mô cùng trở về trạng thái
ban đầu nên sự khác biệt T1 giữa hai mô
không còn đóng vai trò quan trọng.
Trang 113Khi dùng hơn 1 xung RF, ta gọi là chuỗi
xung Chuỗi xung khác nhau về loại (vd
90độ,180độ…) và thời gian giữa các xung.
Việc lựa chọn chuỗi xung sẽ xác định loại tín hiệu nhận được từ một mô => cần lựa chọn
VD: mô mỡ và máu đều có tín hiệu cao hình T1W Để phân biệt, ta dùng hình T1FS: mô
mỡ có tín hiệu thấp, trong khi máu vẫn có tín hiệu cao.
TR= time to repeat
Trang 114TR ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍN HIỆU
NHƯ THẾ NÀO ?
TR dài: tín hiệu các mô tương tự trên MRI.
TR ngắn hơn: tín hiệu khác nhau giữa các mô, xác định nhờ sự khác biệt T1.
=> thu được hình ảnh gọi là T1 – weighted picture
Nghĩa là: sự khác biệt cường độ tín hiệu giữa các
mô trên phim- sự tương phản mô (tissue contrast)
chủ yếu do sự khác biệt về T1 (Thật ra trên hình T1W, ngoài yếu tố nổi bật là T1, cũng còn các yếu
tố khác ảnh hưởng đến sự tương phản mô)