ĐẠI CƯƠNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA CỘNG HƯỞNG TỪ

ĐẠI CƯƠNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA CỘNG HƯỞNG TỪ BS Hồ Hoàng Phương, BS Đỗ Hải Thanh Anh Bộ môn Chẩn đoán hình ảnh, Đại học Y dược TP.HCM * Đối tượng: Sinh viên Y3, YHCT CT2 * Mục tiêu: Nắm điểm lịch sử cộng hưởng từ Nắm nét nguyên lý tạo hình cộng hưởng từ Biết thuật ngữ thường dùng, số chuỗi xung dùng cộng hưởng từ Biết ứng dụng cộng hưởng từ hệ quan, kĩ thuật đặc biệt tương ứng với bệnh lý hệ quan Vài nét lịch sử cộng hưởng từ: Cộng hưởng từ phương tiện hình ảnh mới, đại, ngày ứng dụng nhiều vào chẩn đoán, theo dõi điều trị, can thiệp Lịch sử cộng hưởng từ trẻ, vào khoảng 30 năm, so với quãng đường 110 năm tia X Hiện nay, cộng hưởng từ tiếp tục phát triển với nhiều hướng mở tương lai Ứng dụng cộng hưởng từ phát triển rộng rãi để khảo sát nhiều vùng thể Ghi hình cộng hưởng từ phát triển dựa tảng hiểu biết tượng cộng hưởng từ hạt nhân Trong thời gian đầu, kĩ thuật gọi ghi hình cộng hưởng từ hạt nhân (nuclear magnetic resonance imaging) Tuy nhiên, ngôn ngữ phổ thông, từ “hạt nhân” thường liên tưởng với việc phơi nhiễm xạ ion hóa nên sau đó, tên gọi rút gọn đơn giản chụp cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging) Đôi người ta dùng thuật ngữ “chụp cắt lớp cộng hưởng từ” (magnetic resonance tomography) Paul C Lauterbur, người đóng góp vào kĩ thuật chụp cộng hưởng từ đại, ban đầu gọi kĩ thuật thuật ngữ Hy Lạp: zeugmatography, có nghĩa dùng để tạo nên hòa nhập Năm 1952, Felix Bloch Edward Purcell đoạt giải Nobel Vật lý cho phát tượng cộng hưởng từ hạt nhân Đây tảng khoa học cho việc chụp cộng hưởng từ sau Hình ảnh cộng hưởng từ nước Lauterbur công bố SUNY Stony Brook vào năm 1972 Năm 1974, ông công bố hình ảnh cộng hưởng từ động vật sống Ngày tháng năm 1977, kiện xảy làm thay đổi mãi hình ảnh y học đại: chụp cộng hưởng từ người Tiến sĩ Raymond Vahan Damadian cộng làm việc suốt năm dài để đạt thành tựu Phải đến đồng hồ để có hình cộng hưởng từ mà đánh giá theo tiêu chuẩn xấu! Chiếc máy chụp năm tiến sĩ Raymond V Damadian cộng đặt tên “Bất khuất – Indomitable” để biểu trưng cho tinh thần làm việc nhà khoa học kiên trì theo đuổi điều mà nhiều người lúc cho làm Chiếc máy đặt viện Smithsonian, Hoa Kì Đây tiền thân máy cộng hưởng từ ngày Raymond V Damadian coi người ứng dụng khuynh độ từ trường để ghi hình cộng hưởng từ đơn hướng Năm 2003, Paul C Lauterbur Peter Mansfield đoạt giải Nobel sinh lý học hay Y học phát minh cho việc ghi hình cộng hưởng từ Ủy ban giải Nobel công nhận hiểu biết sâu sắc ông việc ứng dụng khuynh độ từ trường hiệu để định vị mặt không gian, ghi hình hai chiều nhanh, đưa vào thuật toán phát triển kĩ thuật cộng hưởng từ Nghiên cứu Paul C Lauterbur tiến hành từ gần 30 năm trước Đại học Stony Brook Stony Brook, New York Cho đến nay, chụp cộng hưởng từ có nhiều tiến vượt bậc Những trước phải hàng để làm tính đơn vị giây Máy cộng hưởng từ Máy cộng hưởng từ Avanto, Siemens ngày Máy cộng hưởng từ mở Máy cộng hưởng từ kín Sơ lược nguyên lý tạo hình cộng hưởng từ: Việc tạo ảnh cộng hưởng từ thực nhờ vào nhân từ tính Các phân tử nước chiếm 63% trọng lượng thể người, hydro loại nguyên tố có độ tập trung cao mô thể người Hơn nữa, nguyên tử hydro sinh tín hiệu từ mạnh Vì vậy, việc ghi hình cộng hưởng từ dựa vào tính chất từ hóa nguyên tử hydro thể Mỗi nhân từ tính có moment từ mang hai chuyển động: chuyển động xoay tròn quanh (spin) chuyển động đảo (precession) Trong trạng thái tự nhiên, proton thể chuyển động hỗn độn Khối nam châm máy cộng hưởng từ tạo nên từ trường Bo Tính đến có loại nam châm dùng để thiết kế máy cộng hưởng từ: nam châm vĩnh cửu, nam châm điện, nam châm siêu dẫn Các máy sử dụng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cho từ trường yếu: với nam châm vĩnh cửu vào khoảng 0,3Tesla, nam châm điện 0,7T; nam châm siêu dẫn cho từ trường mạnh 1->3T có độ đồng cao Khi đưa thể vào từ trường máy cộng hưởng từ, proton xếp lại với vector tổng hợp từ M hướng với từ trường Bo Tiếp máy cộng hưởng từ cung cấp sóng tần số radio chuyên biệt cho nguyên tử hydro phía phần thể cần khảo sát Sóng radio có tần số với tần số chuyển động proton hydro vùng thể cần khảo sát này, proton hấp thụ lượng sóng radio – tượng cộng hưởng – chuyển lên mức lượng cao hơn, chuyển động theo hướng khác Tần số đặc biệt để tạo tượng cộng hưởng gọi tần số Lamour, tính toán theo loại mô muốn ghi hình độ mạnh từ trường Sóng tần số radio làm cho vector từ hoá dọc ban đầu (cùng hướng với từ trường ngoài) nghiêng vào mặt phẳng ngang, tạo thành vector nằm mặt phẳng vuông góc với chiều từ trường ngoài, vector từ hoá ngang Sau đó, sóng tần số radio tắt đi, proton mức lượng cao giải phóng lượng để trở trạng thái bền vững Năng lượng giải phóng máy phát ghi lại Vị trí proton thể xác định từ trường phụ đưa vào ghi hình, cho phép tạo nên hình ảnh quan Điều thực việc tắt mở cuộn thu, tạo nên âm tiếng gõ suốt trình chụp cộng hưởng từ Quá trình giải phóng lượng proton dẫn đến thoái triển vector từ hóa ngang phục hồi vector từ hóa dọc Thời gian để phục hồi vector từ hóa dọc gọi thời gian T1, thời gian thoái triển vector từ hóa ngang gọi thời gian T2 Tuy nhiên, khó xác định xác thời điểm mà vector từ hóa dọc phục hồi hoàn toàn thời điểm vector từ hóa ngang thoái triển hoàn toàn Do đó, người ta coi thời gian T1 thời gian tính đến vector từ hóa dọc đạt 63% độ lớn ban đầu thời gian T2 tính đến vector từ hóa ngang 37% độ lớn ban đầu Các mô bệnh lý phát hiện, loại mô khác trở trạng thái cân mức khác Bằng việc điều chỉnh thông số máy, tượng ứng dụng để tạo tương phản mô khác thể Chất tương phản sử dụng qua đường tĩnh mạch để thấy rõ mạch máu, khối u, tình trạng viêm; tiêm trực tiếp vào bao khớp để ghi hình khớp Cộng hưởng từ sử dụng để ghi hình cho hầu hết tất phần thể Một số khái niệm thuật ngữ cộng hưởng từ: 3.1 Mô tả tín hiệu: - đồng tín hiệu - tăng tín hiệu - giảm tín hiệu - tín hiệu trống (flow void) dòng chảy (mạch máu) 3.2 - Thời gian TR (ms): time to repeat - thời gian để lặp lại sóng radio TR ngắn: < 500ms, TR dài: > 1500ms - Thời gian TE (ms): time to echo - thời gian từ lúc phát sóng radio đến lúc thu tín hiệu dội lại TE ngắn: < 30ms, TE dài: > 80ms - Với chuỗi xung thông thường spin echo, chọn thông số TR, TE khác nhau, ta có hình khác nhau: ƒ TR TE ngắn: cho hình có tính T1 (T1W) ƒ TR TE dài : cho hình có tính T2 (T2W) ƒ TR dài TE ngắn: cho hình phản ánh mật độ proton (Pd) ƒ TR ngắn TE dài : không sinh đủ tín hiệu để tạo hình ảnh 3.3 Mỗi phần tử vật (voxel) có thời gian T1 T2 khác nhau, biểu thị độ xám khác phần tử hình (pixel) tương ứng: 3.4 Tín hiệu số mô : Mô Ví dụ Tín hiệu Tín hiệu phim T1W phim T2W Khí Phổi, ruột Không Không Mô giàu chất khoáng Xương, sỏi Rất thấp Rất thấp Mô collagen Dây chằng, gân, mô xơ Thấp Thấp Mỡ Mỡ, tủy xương Cao Cao Thấp Cao Trung gian Cao Dịch não tủy, thủy dịch, Nước tự hệ niệu Dịch protein, dịch đặc/không Kén, áp xe, dịch khớp khác 3.5 Cộng hưởng từ ghi hình đa mặt phẳng trực tiếp, ghi hình 2D 3D để tái tạo lại mặt phẳng khác nhau, tạo hình thể tích, ghi hình phổ, nội soi ảo, 3.6 Chất tương phản dùng nhiều cộng hưởng từ dẫn xuất gadolinium, chất thuận từ, có tác dụng làm rút ngắn thời gian T1 Gadolinium có độc tính trạng thái tự nên gắn kết với DTPA (Gd-DTPA) để làm độc tính Gần có nghiên cứu chất tương phản oxid sắt siêu thuận từ, tạo nên hình ảnh tín hiệu thấp T2* mô bình thường (gan, hạch ) mô giữ chất tương phản này, mô bệnh lý không 3.7 Các chuỗi xung để thu tín hiệu ảnh: - Spin echo: chuỗi xung cổ điển, khởi đầu sóng RF 900, tiếp sóng RF 1800 để tạo tượng dội lại spin, góc lệch (flip angle) thường 900 10 - T1 inversion recovery: Hình T1W làm tín hiệu xương mô mềm xung quanh, làm bật cấu trúc nhu mô não, cho hình ảnh giải phẫu rõ ràng, cấu trúc nhân xám trung ương, bao trong, bao ngoài, cuộn vỏ não, cho tương phản tốt chất xám với chất trắng, giúp phát dễ dàng bất thường cấu trúc não bẩm sinh Hình 4.6 Hình cộng hưởng từ với xung T1 inversion recovery mặt phẳng đứng ngang (mặt phẳng coronal) cho thấy rõ tương phản chất xám - trắng, cấu trúc cuộn não - T2* gradient echo (T2 hemo): Nhạy việc phát tín hiệu hemosiderin, giúp xác định rõ ràng ổ máu tụ giai đoạn bán cấp sớm, ổ xuất huyết nhỏ không khó thấy phim thường qui, xác định ổ lắng đọng hemosiderin dị dạng mạch máu não 14 A C B D Hình 4.7 Hình CT scan ổ xuất huyết cuống tiểu não (mũi tên - hình A) Các hình qua mặt cắt CT scan (hình B), cộng hưởng từ xung T2W FSE (hình C) T2* hemo (hình D) cho thấy xung T2* hemo nhạy so với CT scan T2W thông thường việc phát ổ xuất huyết giảm tín hiệu T2*hemo; đóng vôi nhân bèo hai bên (mũi tên) có tín hiệu thấp T2*hemo 15 - T1 dynamic với thuốc tương phản từ chụp cho tuyến yên: Chụp tuyến yên nhanh, nhiều sau tiêm thuốc tương phản 30 giây, 60 giây, 90 giây, 120 giây, giúp phát u tuyến nhỏ (microadenoma) tuyến yên tuyến yên có kích thước bình thường Hình 4.8 Hình chụp động học trước (hình A, D) sau tiêm thuốc tương phản từ (hình B, C, E) phát u tuyến tuyến yên kích thước nhỏ (mũi tên) tuyến yên kích thước bình thường - CISS 3D (Constructive Interference in Steady State), trufisp 3D cho vùng góc cầu tiểu não: Hình chụp với lát cắt mỏng 0,3-