Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thi ệu chung Giới thi ệu chung: Tạo ảnh cộng hưởng từ là phương pháp tạo ảnh các cơ quan nội tạng trong cơ thể con ngườim ột cách chính xác và không gây nguy hiểm cho b ệnh nhân. MRI dựa trên c ơ sở hấp th ụ và phát ra năng lượng trong dảit ầns ố radio của phổđ iệnt ừ. MRI tạo ảnh dựa trên nh ững thay đổi không gian về pha và t ầns ố củan ăng lượng đượch ấp th ụ và phát ra từ vật th ể tạo ảnh. Lịch sử phát triển: Năm 1946, hai nhà vật lý ngườiM ỹ tìm ra hiệntượng CHT hạt nhân, mối liên quan giữacường độ từ trường và tầns ố radio. Từ những năm 1980, máy chụpc ộng hưởng từ đầu tiên trên th ế giới đã xu ất hi ện. Đến nay trên thế giới đã có kho ảng 22000 máy và thu được 60 triệu hìnhảnh được ch ụpt ừ ngườib ệnh. Năm 2003, CHT đã cho phép t ạo ảnh các cấu trúc khác nhau c ủa cơ thể sống trong không gian ba chiều.
CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ (MAGNETIC RESONANCE IMAGING – MRI) Gv: BM: Nguyễn Thu Vân Công nghệ Điện tử & KT Điện tử Y sinh Khoa ĐT-VT 1 Giới thiệu chung Giới thiệu chung: Tạo ảnh cộng hưởng từ phương pháp tạo ảnh quan nội tạng thể người cách xác không gây nguy hiểm cho bệnh nhân MRI dựa sở hấp thụ phát lượng dải tần số radio phổ điện từ MRI tạo ảnh dựa thay đổi không gian pha tần số lượng hấp thụ phát từ vật thể tạo ảnh Lịch sử phát triển: Năm 1946, hai nhà vật lý người Mỹ tìm tượng CHT hạt nhân, mối liên quan cường độ từ trường tần số radio Từ năm 1980, máy chụp cộng hưởng từ giới xuất Đến giới có khoảng 22000 máy thu 60 triệu hình ảnh chụp từ người bệnh Năm 2003, CHT cho phép tạo ảnh cấu trúc khác thể sống không gian ba chiều 2 Giới thiệu chung Ứng dụng: Tạo ảnh 3D hầu hết quan thể Tạo ảnh rõ nét chụp não tuỷ sống Hỗ trợ vi phẫu thuật não Hỗ trợ chẩn đoán điều trị ung thư, (cho biết kích thước, vị trí khối u vùng bị xâm lấn, hạch di căn, ), từ lựa chọn phương thức điều trị thích hợp 3 Giới thiệu chung Ưu điểm: Tạo ảnh có độ phân giải cao mô mềm mà phương pháp khác chưa đạt Có thể tạo ảnh lớp cắt với góc độ Không dùng phận chuyển động GANTRY phát phức tạp CT SCANNER Không xử dụng xạ có hại Khi chụp mạch, không cần chất cản quang Nhược điểm: Thời gian tái tạo ảnh dài Chi phí đầu tư lớn Buồng máy phải có chắn cao tần Chi phí vận hành cao, đặc biệt loại máy sử dụng nam châm siêu dẫn phải định kỳ nạp chất làm lạnh Đòi hỏi nghiêm ngặt điều kiện lắp đặt (diện tích mặt bằng, nguồn cấp điện) môi trường (ồn, độ ẩm) 4 Giới thiệu chung Có thể tóm tắt trình tạo ảnh cộng hưởng từ sau: Đặt bệnh nhân vào từ trường - Các proton thể tương tác với từ trường Kích thích hạt nhân nguyên tử - Phát xung sóng vô tuyến RF Bổ xung thông tin không gian - áp dụng cuộn dây chênh từ Theo dõi phản ứng hạt nhân - phát thu tín hiệu nhờ cuộn thu Biến đổi tín hiệu thành hình ảnh - Tái tạo ảnh thông qua phép biến đổi Fourier 5 Cộng Hưởng Từ hạt nhân Khi vật liệu đặt từ trường, chúng nhận đặc tính cộng hưởng, nghĩa vật liệu hấp thụ xạ điện từ phát xạ điện từ tần số cụ thể Đối tượng tham gia vào trình hạt nhân nguyên tử Mô thể thông thường có tần số cộng hưởng nằm dải tần số radio (RF), xạ phát nằm dạng tín hiệu radio Tín hiệu RF có đặc tính xác định đặc tính lý hoá mô 6 CHT hạt nhân 7 CHT hạt nhân Mỗi điểm từ trường có cường độ định Đơn vị cường độ từ trường: tesla (T) Gauss (G) 1T = 10000G Tạo ảnh sử dụng từ trường đồng nhất, có cường độ từ 0.15 đến 1.5 T Gradient: Gradient từ trường cho phép ta xác định xác vị trí không gian spin Nó biểu thị thay đổi từ trường theo vị trí Gradient theo hướng x, y, z ký hiệu Gx, Gy, Gz 8 CHT hạt nhân Năng lượng RF: Trong trình tạo ảnh, lượng RF trao đổi hệ thống tạo ảnh thể người bệnh qua cuộn RF Cuộn RF vừa đóng vai trò nguồn phát thu lượng Trong tín hiệu thu có tồn nhiễu Vai trò phát thu cuộn RF hệ thống tạo ảnh 9 CHT hạt nhân Khi đưa vào lượng RF có tần số với tần số tiến động moment từ hạt nhân, tượng cộng hưởng xảy Khi tín hiệu thu từ thể mạnh Tần số cộng hưởng hạt nhân xác định đặc tính hạt nhân cường độ từ trường Tần số cộng hưởng gọi tần số Lamor Mối quan hệ tần số cộng hưởng cường độ từ trường phụ thuộc vào tỷ số từ hồi chuyển 10 10 Gradient Thu nhận khối: Không xuất gradient xung RF đưa vào mô, mà đặt gradient mã hoá pha hướng lựa chọn lát cắt Tại lần đặt gradient, toàn chu kỳ tạo ảnh cần thực Vì làm tăng tổng thời gian thu nhận ảnh Ưu điểm: tạo lát cắt mỏng gần so với trình kích thích lựa chọn 54 54 Gradient So sánh (A) trình thu nhận khối (B) kích thích lựa chọn 55 55 Mã hoá tần số Đặc trưng tín hiệu RF tần số Hz = dao động giây Mã hoá tần số: Trạm phát phát tần số khác Trạm thu chọn phân tách tần số mà cần Quá trình mã hoá tần số dùng để làm cho voxel tạo tín hiệu khác Các tín hiệu RF tạo có từ hoá ngang Vector từ hoá ngang quay xung quanh trục từ trường Khi vector từ hoá quay với tốc độ hàng triệu vòng/ giây tạo tín hiệu RF 56 56 Mã hoá tần số Tạo tín hiệu RF 57 57 Mã hoá tần số Tần số cộng hưởng: Tần số tín hiệu RF xác định tốc độ quay vector từ hoá ngang Khi sử dụng gradient để mã hoá tần số, voxel định vị cường độ từ trường khác cộng hưởng tần số khác Các tín hiệu từ tất voxel tạo đồng thời phát từ thể, trộn lẫn với hình thành nên tín hiệu hỗn hợp Các tín hiệu riêng lẻ phân tách sau trình tái tạo 58 58 Mã hoá tần số Sử dụng gradient để mã hoá tần số tín hiệu 59 59 Mã hoá pha Pha mối liên hệ tín hiệu với tín hiệu khác (A) Lệch pha (B) Lệch tần số 60 60 Mã hoá pha Sự khác pha tín hiệu từ voxel so với tín hiệu từ voxel khác dùng để phân biệt tín hiệu Sự lệch pha sinh thay đổi tạm thời tốc độ quay vector từ hoá voxel so với voxel khác Điều xảy hai voxel nằm từ trường có cường độ khác nhau, thực cách dùng gradient 61 61 Tái tạo ảnh Là trình xử lý toán học thực máy tính để chuyển đổi tín hiệu thu thành ảnh thực tế Phương thức dùng phổ biến biến đổi Fourier Biến đổi Fourier cho phép xếp tín hiệu tổng hợp thành thành phần tần số pha riêng lẻ Mỗi voxel hàng phát tần số khác nhau, biến đổi Fourier xác định vị trí thành phần tín hiệu hướng vào pixel tương ứng 62 62 Nhiễu ảnh Nhiễu ảnh đặc tính xuất ảnh mà không thực có đối tượng Nhiễu phát RF: Do không tương xứng hai kênh thực ảo phát RF Khi xảy lỗi này, biến đổi Fourier có thành phần tần số âm nhỏ tần số xuất tín hiệu 63 63 Nhiễu ảnh Nhiễu RF: Vỏ bọc RF ngăn nhiễu từ bên vào phát bị hỏng Dạng nhiễu phụ thuộc vào nguồn nhiễu 64 64 Nhiễu ảnh B0 không đồng nhất: Gây méo ảnh Có thể méo không gian cường độ, hai 65 65 Nhiễu ảnh Gradient: Gradient thay đổi theo hướng làm méo ảnh Thường xảy cuộn gradient bị hỏng, dòng qua cuộn gradient thay đổi bất thường 66 66 Nhiễu ảnh Tính nhạy: Nhiễu nhạy sinh diện vật thể trường quan sát Khi đặt từ trường, vật liệu nghịch từ có trường nhỏ chút so với chân không, vật liệu thuận từ có trường lớn chút Sắt từ có trường lớn 67 67 RF không đồng nhất: diện thay đổi không mong muốn cường độ tín hiệu cuộn nhận 68 68 [...]... (hiệu ứng phân tử T2 thu n tuý) Thay đổi trong B0 (hiệu ứng T2 không đồng nhất) Thời gian tổng từ hai yếu tố trên gọi là T2* 25 25 Các quá trình hồi phục của proton khi tắt sóng vô tuyến - thu tín hiệu tạo ảnh Trong khi hồi phục trạng thái, các proton-từ trường quay này sẽ phát ra sóng điện từ với cường độ và tần số khác nhau phụ thu c vào bản chất tế bào Nếu ta đặt một ăng-ten/máy thu trong vùng tác... phần từ hoá lúc này phụ thu c vào: Tần số và cường độ nguồn sóng RF Cường độ từ trường ngoài Thu c tính của proton Mật độ của proton Ta có thể lựa chọn sóng RF sao cho thành phần từ hoá dọc tổng bị triệt tiêu và chỉ còn thành phần từ hoá ngang Sóng RF này được gọi là sóng RF 90o tương tự có sóng RF 180o 21 21 Các quá trình hồi phục của proton khi tắt sóng vô tuyến - thu tín hiệu tạo ảnh Tắt... ăng-ten/máy thu trong vùng tác động của sóng điện từ này thì sẽ thu được tín hiệu điện cảm ứng Tín hiệu điện cảm ứng này sẽ được xử lý bằng cách sử dụng phép biến đổi Fourier để thành tín hiệu tái tạo ảnh cộng hưởng từ 26 26 Các quá trình hồi phục của proton khi tắt sóng vô tuyến - thu tín hiệu tạo ảnh Minh hoạ quá trình từ hoá và phát thu sóng vô tuyến 27 27 Từ trường xung Từ trường được tạo ra bởi... b Tần số LAMOR thay đổi 60 - 68 MHz Từ trường biến thiên theo 3 trục GZ, GY, GX 30 30 Điều chế không gian - Xác định bề dầy lớp cắt và vị trí không gian các ảnh điểm Tín hiệu thu được từ các tế bào sẽ có tần số khác nhau, phụ thu c vào cường độ từ trường đã được điều khiển, do đó có thể xác định được vị trí không gian tương ứng với các tế bào này Tương ứng với 3 trục không gian X,Y,Z sẽ có 3 cuộn dây... sự hồi phục dọc T2 là thời gian các proton chuyển từ đồng pha sang di pha, từ hoá ngang tổng bằng 0 ⇒ sự hồi phục ngang Quá trình hồi phục dọc và ngang diễn ra trong một khoảng thời gian dài, ngắn phụ thu c vào bản chất tế bào Hai quá trình này xẩy ra đồng thời và độc lập với nhau T1 thường dài hơn T2, T1 thường trong khoảng 300-2000 ms, T2 trong khoảng 30-150 ms 22 22 T1 Ở trạng thái cân bằng, vector... được gọi là từ trường B1 Khi dòng xoay chiều được bật và tắt, nó sẽ tạo ra một từ trường xung B1 Các spin đáp ứng lại xung này theo cách làm cho vector từ hoá thực quay quanh hướng của B1 Góc quay phụ thu c vào thời gian có từ trường và cường độ từ trường θ= 2π.γ.T.B1 Từ trường xung xác định sóng RF 900, 1800 hay bất cứ một giá trị góc nào khác 28 28 Điều chế không gian - Xác định bề dầy lớp cắt và...Độ từ hoá mô Khi mô được đặt trong từ trường, một số hạt nhân sắp xếp theo hướng của trường, tạo ra từ hoá mô theo hướng của trường Sự nhiễm từ cực đại phụ thu c: (1) mật độ của hạt nhân từ trong voxel, (2) độ nhạy từ của hạt nhân, (3) cường độ từ trường Lượng từ hoá mô quyết định cường độ tín hiệu RF phát ra từ mô trong quá trình tạo ảnh 11 11 Cơ sở vật