MRI full nguyên lý hoạt động máy MRI

• Khi ta đặt 1 từ trường ngoài B0 vào các hạt mang điện, chúng sẽ quay theo phương của B0 chỉ cùng phương, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều: o Các hạt có năng lượng yếu sẽ quay theo ch

Chương 14: Magnetic Resonance Imaging

I.Tính chất của proton:

• Mỗi hạt mang điện quay sẽ tạo từ trường xung quanh nó

• Khi ta đặt 1 từ trường ngoài B0 vào các hạt mang điện, chúng sẽ quay theo phương của B0 (chỉ cùng phương, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều):

o Các hạt có năng lượng yếu sẽ quay theo chiều của từ trường ngoài

o Các hạt có năng lượng cao sẽ quay ngược chiều với từ trường ngoài

• Các hạt mang điện có từ trường ngược chiều nhau sẽ tự triệt tiêu nhau

• Đối với các hạt nhân có số khối lẻ, do xét trên số hạt mang điện rất lớn, thì sau khi bỏ đi các từ trường ngược chiều, ta còn lại từ trường M0 của các hạt mang điện dư ra

II.Tần số cộng hưởng:

• Ta có công thức

•

• Với:

o : tần số Larmor, tần số tiến động hay tần số cộng hưởng

o : từ trường ngoài đặt vào (Tesla)

o : tỉ số tự hồi chuyển (Hz/T) – khác nhau, khoảng 42,56 cho từng loại mô

III.Nguyên tắc của MRI:

• Khi cho 1 sóng RF tác động vào hạt mang điện, các hạt này sẽ chuyển động đổi chiều

• Khi cắt RF, năng lượng hấp thụ bởi RF được thải ra môi trường ở tần số cộng hưởng, phát ra bức xạ

• Do thời gian hồi phục của từng loại mô khác nhau nên thời điểm phát ra RF

sẽ khác nha  ta thu nhận được sự khác biệt cho từng loại mô  hình ảnh MRI

IV.Thời gian hồi phục:

a.Thời gian giãn T1 (Thời gian hồi phục phương z):

• Liên quan đến mặt phẳng đứng

• Là thời gian trả từ năng lượng thấp về năng lượng cao cho phương z

• Sau khi hồi phục, MZ = 63,28% M0

• Liên quan đến mặt phẳng ngang

• Do MZ tăng lên 63,28%M0 nên MXY giảm 63,28% M0

• Khi xem xét lý thuyết ở trên, ta giả sử từ trường ở mỗi điểm bằng nhau

• Nhưng thực tế thì từ trường không bằng nhau  có thời gian T2

• Ngoài ra do hiện tượng không đồng pha nên sẽ có thời gian tổn thất T2

V.Thiết bị MRI:

Gồm có 3 phần:

o Nam châm

o Các thiết bị phụ trợ

o Kiểm soát chất lượng hình ảnh

1.Nam châm:

• Có độ từ trường lớn

• Thởi gian ổn định

• Có độ đồng nhất từ trường

• Có 3 loại nam châm :

o Permanent : nam châm vĩnh cửu

o Superconductor: nam châm siêu dẫn

o Resistive: nam châm điện trở

•  Có 3 loại máy MRI:

o MRI nam châm vĩnh cửu:

 To, nặng, từ trường tạo ra yếu khoảng 0,1-0,35 T

 Chi phí vận hành thấp, độ đồng nhất về mặt từ trường thường thấp hơn nam châm siêu dẫn

 Không có chức năng tắt từ trường trong TH khẩn cấp

o MRI nam châm siêu dẫn (Hiện tượng siêu dẫn: hạ xuống O0 K thì R=0):

 Chi phí ban đầu cao

 Chi phí làm lạnh cao (giữ ở 4 Kevin)

 Khó cắt từ trường

 Dây dẫn có 2 lớp Nitơ để đè ko để Heli bay hơi, bên ngoài có lớp chân không để tránh phỏng lạnh và tránh tăng nhiệt do trao đổi nhiệt với môi trường

o MRI nam châm điện trở: nam châm lõi không khí hay kim loại

 Cần cung cấp dòng điện liên tục để duy trì từ trường

 Tạo từ trường nhỏ 0,1-0,7T

 Do có R nên sinh nhiệt (Q=Uit)  cần hệ thống làm lạnh

 Dễ tắt từ trường

 Dạng mở

 Độ đồng nhất từ trường kém

 Từ trường dạng vân

2.Các thiết bị phụ trợ:

• Shim coil: cuộn dây thêm vào để bù vào B0, tạo từ trường thuần nhất

• Gradient coil: định vị không gian

• RF coil: tạo tín hiệu RF, có bộ phận phát và thu

• Các lồng Faraday để chặn sóng RF bên ngoài tác động vào máy MRI và chặn

từ trường của máy phát ra

3.Kiểm soát chất lượng hình ảnh:

Để có thể phân biệt được các vị trí khác nhau trong MRI, ta cần thay đổi tần số Larmor

Để làm điều này ta cần RF và gradient từ trường:

a.Tạo gradient từ trường:

• Sử dụng 2 cuộn dây tạo từ trường đồng thời

• Cộng 2 từ trường này lại ta được đoạn tuyến tính

b.Thay đổi tần số Larmor:

• Tần số Larmor thay đổi dọc theo gradient

• Lấy đoạn tuyến tính của gradient từ trường đặt vào từ trường B0

B thay đổi  thay đổi

• Vị trí của hạt nhân được tạo ra dựa trên sự thay đổi tần số và pha của chúng

• Để xác định chính xác vị trí hạt nhân ở 2D thì ta cần 3 gradient trong quá trình tạo xung:

o Slice Select Gradient (SSG)

o Frequency Encode Gradient (FEG)

o Phase Encode Gradient (PEG)

*Slice Select Gradient (SSG): theo phương Z

Sử dụng xung RF có băng thông hẹp và tính chọn lọc cao đặt vào toàn thể tích cần chụp

Từ đó ta tình được độ dày Slice

* Frequency Encode Gradient (FEG): theo phương X

• Gradient để dọc tín hiệu ra

• Vuông góc với SSG

• Khi xoay FEG sẽ cung cấp các hàm của góc

• Khi cộng các tín hiệu lại thì ta có dạng ko chuẩn  dùng Fourier Transform về dạng sin

*Phase Encode Gradient (PEG): theo phương Y

Quá trình PEG ở giữa SSG và FEG

SSG  PEG  FEG

Sử dụng PEG để bổ sung những chuyển động 3D của bệnh nhân

*Toàn quá trình:

RF  SSG  PEG  FEG  Echo  Data acquisition

VI Yếu tố ảnh hưởng độ phân giải không gian

• FOV pixel size

• Gradient strength

• Đặc tính cuộn nhận RF

• Băng thông mẫu (sampling bandwith)

• Ma trận điểm ảnh

VII Độ an toàn và ảnh hưởng về mặt sinh học:

• Từ trường thay đổi theo thời gian

• Tạo tiếng ồn

• Khi chụp bị giới hạn không gian  ảnh hưởng người bị chứng sợ giam cầm

• Cẩn thận với người sử dụng bộ phận cấy ghép

• Có làm nóng mô ( các proton trong phân tử quay, tạo ma sát, sinh nhiệt )

• Khi B>20T, enzym bị thay đổi  thay đổi tính thấm tế bào, thay đổi tín hiệu sinh học

• Có thể làm nổ đom đóm mắt

Câu hỏi ôn tập:

1 Tần số cộng hưởng Larmor của 1,5T là bao nhiêu ?

•

•

•

•

2.Từ trường MRI 1,5T gấp 30 000 lần từ trường trái đất

3.Cuộn dây gradient dùng để làm gì?

• Dùng để định vị vị trí hình ảnh

• Sử dụng 3 cuộn dây SSG – z, FEG –x, PEG-y

4.Ảnh giả do cử động trong MRI thì theo hướng nào ?

• Hường của PEG – phương Y

5.Nam châm siêu dẫn khác nam châm điện trở như thế nào?

• Mắc tiền hơn

• Không bị mất năng lượng ( do dòng qua gần = 0)

• Khó cắt từ trường ( vì cần phải kích từ lại ban đầu)

• Cần Heli lỏng để vận hành

• Sử dụng cho các máy có từ trường cao

6.Cuộn RF được thu nhận theo mặt phẳng nào?

• Mặt phẳng ngang

7.Khi tăng thì tăng

8.Thông số nào không ảnh hưởng thời gian quét ?

• TE

• FOV

• Độ dày slice

• Băng thông RF

• Flip Angle

9.Thông số nào ảnh hưởng thời gian quét?

• Matrix size

• TR

• NEX

10.Hạt nào không sử dụng cho MRI ( H-1, C-12, C-13, Na -23, P-31) ?

• Khi ở trạng thái bình thường, mỗi proton có spin sắp xếp ngẫu nhiên

• Khi có từ trường ngoài đặt vào thì sẽ cùng phương với từ trường ngoài nhưng:

o Cùng chiều B0 khi có NL yếu

o Ngược chiều B0 khi có NL cao

 Từ trường sẽ bị triệt tiêu hết nếu hạt có số proton là chẵn và ko thể tạo ảnh MRI

 Ko sử dụng hạt C-12

11.Tăng từ trường thì sẽ thay đổi T1 thế nào ?

Tăng T1

12.Tiếng kêu tóc tóc của máy MRI được tạo ra bởi ?

Cuộn gradient

13.Cuộn shim dùng làm gì?

• Tăng độ đồng nhất của từ trường ngoài

14.Van tim nhân tạo chống chỉ định cho MRI

15.Nam châm vĩnh cửu ko dùng điện để tạo từ trường

16.Tăng băng thông RF sẽ gây ra gì ?

• Tăng bề dày lát cắt

• Giảm SNR

17.Tăng SNR là do ?

• Tăng số trung bình các loại mô

• Tăng FOV (nhận tín hiệu nhiều  nhiễu nhiều)

18.Tái tạo ảnh trong MRI sử dụng 2D FFT

19.Sự giảm theo phương ngang gọi là gì ?

• Spin –spin relaxtion

20.Dây chằng nối cơ xương thường có điểm tối trên ảnh MRI là do ?

• T2 ngắn

21.Độ phân giải không gian được tăng bắng cách ?

• Giảm độ dày slice ( giảm bề dày voxcel, giảm hiện tượng trung bình hóa các loại mô  tăng độ phân giải )

• Giảm FOV ( khoảng cách giữa 2 điểm ảnh ngắn lại)

*NEX ko làm ảnh hưởng độ phân giải không gian