NGUYÊN LÝ CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ

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... ĐIỀU GÌ XẢY RA KHI CÁC PROTON CHUYỂN ĐỘNG SONG SONG

NGUYÊN LÝ CHỤP

CỘNG HƯỞNG TỪ

ROCKY MOUNTAIN

MỤC TIÊU

1 Lịch sử phát triển CHT

2 Cấu tạo hệ thống CHT

3 Các bước ghi hình CHT

4 Ưu điểm của CHT

5 Chống chỉ định chụp CHT

6 So sánh tính năng CHT và chụp cắt lớp điện toán (CT

scan)

1.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

2 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

- Shim coil

3 Hệ thống xử lý tín hiệu

MÁY SIEMENS MAGNETOM Avanto 1.5T, Tim [76 x 18]

TỪ 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

NAM CHÂM

Có 3 loại :

• Nam châm vĩnh cửu (permanent magnets)

• Nam châm có điện trở (resistive magnets)

• Nam châm siêu dẫn (superconducting magnets)

Nam châm vĩnh cửu (permanent magnets)

• Ưu điểm: không dùng năng lượng để hoạt động.

• Khuyết điểm:

• Không tạo ra từ trường cao.

• Nặng ( VD: 1 nam châm 0.3 T có thể nặng 100

tấn!)

Nam 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:

Nam 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

Cuộn 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.

Cuộn phát sóng RF (Body coil)

• Là phần gắn cố định vào máy và bao quanh bệnh

nhân.

• Phát xung RF kích hoạt proton

Cuộn 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.

Shim coils

• Dừng để thực hiện quá trình gọi là “shimming” nhằm

điều chỉnh về điện – cơ, làm tăng sự đồng nhất từ

trường.

Lồng 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

3 CÁC BƯỚC GHI HÌNH CHT

• Đặt bệnh nhân vào từ trường

• Gởi đến 1 sóng radio

• Tắt sóng radio

• Bệnh nhân phát ra tín hiệu

4 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

KHUYẾT ĐIỂM

1 Giá cao

2 Không dùng được nếu bệnh nhân bi chứng sợ nơi

chật hẹp hay đonùg kín

3 Thời gian chụp lâu: gặp khó khăn nếu bệnh nhân

nặng hay không hợp tác

4 Vỏ xương và tổn thương có calci khảo sát không tốt

bằng XQ, CT

5 Đòi hỏi sự thành thạo về chuyên môn

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

5 CHOÁNG CHÆ ÑÒNH CHUÏP CHT

7 SO SÁNH PHƯƠNG THỨC CHT VÀ

CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN

- Không dùng tia xạ: H

- Đa mặt phẳng

- Xương: tủy + + +

- Vôi: +

- Mô mềm : + + +

- Contrast: độc thận (-)

- Bức xạ ion : tia X

- Một mặt phẳng, tái tạo

Các ứng dụng MRI so với CT

- 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

Các ứng dụng MRI so với CT

độ vững, diện khớp.

-Phát hiện, định vị và lên kế hoạch điều trị các bệnh lý u.

- Tủy: chèn ép, u, rỗng tủy, viêm…

Các ứng dụng MRI so với CT

Vùng khảo sát CT MRI

Cơ-Xương-Khớp

- U xương, chấn thương

- 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

Các ứng dụng MRI so với CT

Vùng khảo sát CT MRI Ghi chú

Gan

Cyst và Hemangioma - MRI > CTkhảo sát carcinoma trong

và di căn

- Resovist: ưu thế MRI

Các ứng dụng MRI so với CT

Vùng khảo sát CT MRI Ghi chú

tính, u đóng vôi ít

Các u xâm lấn mạch máu, có chống chỉ định cản quang chứa iode

7 ỨNG DỤNG CHT

1 Chụp sọ não

2 Chụp cột sống

3 Chụp mạch máu, ch p m ch b ch huy t ụ ạ ạ ế

4 Chụp vú

5 Chụp xương khớp

6 Khảo sát bệnh lý mô mềm

7 Chụp vùng bụng-chậu

– Ổ bụng và khoang sau phúc mạc

- Vùùng ch u n : Tử cung, 2 phần phụ ậ ữ

- Vùùng ch u n : Tử cung, 2 phần phụ ậ ữ

- Vùùng ch u nam: Tuyến tiền liệt và c Vùùng ch u nam: Tuyến tiền liệt và c ậ ậ ơ ơ

quan sinh d c nam ụ

quan sinh d c nam ụ

( Có hoặc không có Endocoil ) Có hoặc không có Endocoil

- Kh o sát vùng h u môn: rò,áp xe, khảo ả ậ

- Kh o sát vùng h u môn: rò,áp xe, khảo ả ậ

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

8 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG CHT

1 T1

2 T2

3 Mật độ proton

4 Các chuỗi xung

ĐIỀU 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

• Proton 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

CHUYỂN 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.

Proton chuyển động đảo dọc theo đường sức của từ trường

• Tần số đảo: proton chuyển động đảo với tần số

đảo tính theo phương trình Lamor.

• Phương trình Lamor:

ωo = γ Bo

ωo : Tần số đảo ( Mhz hay Hz)

Bo : độ mạnh từ trường ngoài ( Tesla)

γ : tỉ số hồi chuyển: khác nhau ở các mô

ĐIỀU 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.

⇒bệnh nhân sẽ có từ trường riêng gọi là

CÓ THỂ ĐO ĐƯỢC LỰC TỪ TRƯỜNG

CỦA BỆNH NHÂN KHÔNG?

• Không thể đo được lực

từ trường này nếu

vector từ trường cùng

hướng song song với từ

trường ngoài.

=> Phải đo gián tiếp qua

ĐIỀU GÌ XẢY RA TIẾP THEO SAU

KHI CHÚNG TA ĐẶT BỆNH NHÂN

VÀO TRONG TỪ TRƯỜNG?

• Ta gởi đến 1 sóng radio, g i là xung RF ( radio ọ

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”

ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI CÁC PROTON

KHI CHÚNG TIẾP XÚC VỚI XUNG RF ?

=> Vậy:Sự từ hoá dọc giảm khi proton gặp xung RF.

• Proton 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.

VECTOR TỪ TRƯỜNG NGANG

MỚI THIẾT LẬP

• Proton chuyển động đảo liên tục  năng lượng điện chuyển động liên tục  vector từ trường ngang

chuyển động và thay đổi liên tục => tạo ra một dòng điện

Vậy : Vector từ trường ngang chuyển động tạo ra một dòng điện trong một antenna Đó chính là tín hiệu

MRI.

LÀM 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.

Kết 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.

ĐIỀU 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.

• Sau 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.

• Tắt 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

• Lý 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.

ĐIỀU 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.

Sự khôi phục quá trình từ hóa dọc theo thời gian tương ứng với đường cong T1.

• Thời 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

ĐIỀU GÌ XẢY RA VỚI SỰ TỪ HÓA

NGANG?

• Sự biến mất từ hóa ngang theo thời gian tương

ứng đường cong T2 - đường cong đi xuống

• Thời 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.

THỜI GIAN THƯ DUỖI DÀI BAO NHIÊU?

• T1 # 2-5-10 lần T2

Ở các mô sinh học : T1 # 300-2000ms

T2 # 30-150ms

• Rất khó xác định chính xác thời điểm kết thúc của sự

thư duỗi dọc và ngang Do đó, ta tính:

T1 : từ hóa dọc đạt được 63% giá trị ban đầu

T2 : từ hóa ngang giảm xuống còn 37% giá trị ban

đầu.

THẾ NÀO LÀ THỜI GIAN THƯ DUỖI DÀI/NGẮN? NHỮNG MÔ NÀO CÓ

THỜI GIAN THƯ DUỖI DÀI/ NGẮN?

• Nước/ các chất lỏng: T1 vàT2 dài.

• Mỡ: T1 và T2 ngắn

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN T1

1 Độ mạnh từ trường ngoài.

2 Thành phần mô.

• Theo 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

Giải thích

• Khi 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) 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

• Kết quả:

 Nước tín hiệu thấp trên hình T1W và tín hiệu cao

trên hình T2W.

 Mỡ tín hiệu cao trên hình T1W.

 Mô bệnh lý như viêm, u thường có tín hiệu thấp trên T1W, cao trên T2W.

ỨNG DỤNG :

Thời gian thư duỗi thay đổi liên quan đến tín hiệu các mô bình thường và bệnh lý trên phim.

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG T2

• Khi các phân tử nước chuyển động quá nhanh, từ

trường của chúng dao động nhanh, và do đó không có sự khác biệt lớn ở độ mạnh từ trường ở các vị trí khác nhau bên trong mô  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

XUNG 90 độ, 180 độ

• Xung 90 độ: Xung RF làm quay sự từ hoá 90 độ

(ví dụ từ dọc ra ngang).

• Xung 180 độ: Xung RF làm quay sự từ hoá 180 độ.

• Vector 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

Tat

RF

KHÁI NIỆM VỀ TR

• Thử nghiệm :

Có 2 mô A và B khác nhau về T1 và T2.

Gởi 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

• Nếu gởi 1 sóng RF thứ hai sau TR ngắn (sau hình 4)

• Thời điểm này: từ hoá dọc mô A > B

Kết luận

• Khác biệt về sự khôi phục từ hoá dọc dẫn đến khác biệt

về tín hiệu giữa 2mô.

⇔ Khác biệt T1 giữa 2 mô dẫn đến khác biệt 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

• Khi 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 => Do đó, cần phải lựa chọn xung cẩn thận cho từng trường hợp khảo sát VD: với mô mỡ và máu, ta đều thu được tín hiệu cao trên xung T1W Để phân biệt 2 mô này, ta dùng xung T1FS: mô mỡ sẽ có tín hiệu thấp, trong khi máu vẫn có tín hiệu cao.

• Chuỗi xung trên chỉ có 1 loại xung 90 độ và đuợc lặp

TR 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)

Bác sĩ ví như nhạc trưởng.

Tất cả nhạc cụ đều góp phần tạo nên âm thanh bài nhạc, nhưng nhạc trưởng có thể chọn nhạc cụ gây ảnh hưởng đến âm thanh nhiều hơn các nhạc cụ khác Tuy nhiên, tất cả

• Thời điểm 0 tương ứng thời điểm không có từ hoá dọc

- thời điểm ngay sau RF pulse đầu tiên.

• TR dài: từ hoá dọc khôi phục hoàn toàn => vector từ

hoá dọc 2 cơ quan không khác nhau nhiều=> tín hiệu não và dịch não tủy tương tự nhau : sự tương phản mô nhỏ.

• TR ngắn: tương phản mô tốt hơn => Khoảng cách

giữa hai đường cong cho thấy có sự tương phản mô tốt

THẾ NÀO LÀ TR DÀI VÀ NGẮN

TR dài : khoảng 3 lần TR ngắn

» TR ngắn : < 500ms

PROTON DENSITY WEIGHTED

IMAGE LÀ GÌ ?

• Cường độ tín hiệu thùy thuộc vào nhiều thông số

Khi TR dài: T1 không ảnh hưởng đến độ tương phản mô nữa.

Lúc này, khác biệt tín hiệu chủ yếu do mật độ các

proton khác nhau gọi là hình ảnh mật độ proton