Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ PMRI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ VÂN TÌM HIỂU NGUN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ TRẦN THỊ VÂN TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : Sư phạm kĩ thuật Người hướng dẫn khoa học GV TRẦN QUANG HUY HÀ NỘI, 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới GV Trần Quang Huy, người hướng dẫn tận tình thường xuyên động viên chúng em q trình hồn thiện đề tài Người dành cho em giúp đỡ ưu thời gian học tập, nghiên cứu q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, người dạy dỗ, tạo điều kiện đóng góp ý kiến để chúng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình người thân cổ vũ, động viên, giúp đỡ em hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 Năm 2013 Sinh viên Trần Thị Vân LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan khóa luận hồn thành cố gắng tìm hiểu nghiên cứu thân với hướng dẫn bảo tận tình hiệu GV Trần Quang Huy thầy cô khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm Hà Nội Và đề tài không trùng với đề tài khác Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Người thực Trần Thị Vân MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH .3 CỘNG HƯỞNG TỪ .3 1.1 Khái niệm MRI 1.2 Lịch sử phát triển MRI 1.3 Ưu nhược điểm MRI 1.4 Ứng dụng MRI .4 1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI Việt Nam CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.1.1 Khái quát chung 2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW 15 2.2 Tìm hiểu ngun lí 16 2.2.1 Cộng hưởng từ 16 2.2.2 Từ tính thể 22 2.2.3 Khung quay tham chiếu 26 2.2.4 Sự phục hồi 28 2.2.4.1 Trọng số .28 2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi 31 2.2.4.3 Sự khơng đồng mát nguồn tín hiệu 32 2.2.5 Quy trình làm việc 33 2.2.6 Tỉ số tín hiệu nhiễu tỉ số tương phản nhiễu .34 CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 35 3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ 35 3.2 Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI .36 3.2.1 Từ trường 36 3.2.2 Các loại nam châm .37 3.2.3 Gradient .37 3.2.4 Máy tính .37 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MRI Magnectic Resonance Ảnh cộng hưởng từ Imaging NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân PD Proton Density Mật độ proton PDW Proton Density - weighted Mật độ proton có trọng số T1 Longitudinal relaxation time Thời gian dãn theo trục dọc T1W T1- weighted Trọng số T1 T2 Transverse relaxation time Thời gian dãn theo trục ngang T2W T1- weighted Trọng số T2 TE Time of Echo Thời gian phản hồi TR Time of Reptition Thời gian lặp lại RF Radiofrequency pulse Xung tần số vô tuyến DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú phương pháp MRI Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch phương pháp MRI Hình 1.3: Phim chụp xương khớp phương pháp MRI Hình 1.4: Phim chụp tủy sống phương pháp MRI Hình 2.1: Mơ tả proton có momen từ  đặt từ trường ngồi Bo có chuyển động đảo  Hình 2.2: Mơ tả kích thích hạt nhân (cộng hưởng từ) trình dãn (bức xạ lượng dạng tín hiệu RF) Hình 2.3: Mơ tả q trình tử hóa dọc từ hóa ngang M véctơ từ hóa trạng thái cân Y hướng vecto từ hóa ngang M z véctơ từ hóa dãn theo trục dọc Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ thời gian T1, T2 với mức độ từ hóa cường độ tín hiệu phim chụp Hình 2.5: Kim la bàn tác động từ trường Hình 2.6: Spin hạt nhân Hình 2.7: Từ hóa M quay xung quanh từ trường B0 Hình 2.8: Các spin hiển thị mũi tên Hình 2.9: Sự ảnh hưởng sóng vô tuyến đến tiến động hạt nhân xung quanh từ trường B0 tần số Larmor Hình 2.10: Ảnh hưởng từ trường Bo đến tiến động Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu độ tương phản chai chứa thạch Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trục thời gian (từ trái sang phải) Hình 3.1: Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong năm gần với bùng nổ cách mạng công nghệ thông tin, ngành kĩ thuật điện tử ngành phát triển với tốc độ nhanh Kĩ thuật điện tử thâm nhập ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống Trong lĩnh vực y tế, nhờ có kĩ thuật điện tử mà cơng việc chuẩn đốn điều trị đạt nhiều thành tựu to lớn Các máy điện tim, điện não, máy X- quang, máy siêu âm, máy chụp cộng hưởng MRI … có bệnh viện để giúp bác sĩ việc chuẩn đốn, điều trị chăm sóc sức khỏe cho người Máy chụp cộng hưởng từ MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) kĩ thuật chuẩn đoán y khoa tạo hình ảnh giải phẫu thể nhờ sử dụng từ trường sóng radio dựa nguyên lí ảnh cộng hưởng từ MRI Phương pháp khơng sử dụng tia X an tồn cho bệnh nhân Máy chụp cộng hưởng từ thiết bị nhạy cảm đa giúp ta thấy hình ảnh lớp cắt phận thể từ nhiều góc độ thời gian ngắn Chụp cộng hưởng từ kỹ thuật nhanh gọn không gây ảnh hưởng phụ, phương pháp chuẩn đốn hình ảnh đại , hiệu phổ biến giới Ngày MRI sử dụng để kiểm tra gần quan thể não dây cột sống Trong khóa luận em tìm hiểu “ Ngun lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI” nhằm nâng cao tầm hiểu biết tiếp cận sâu với kĩ thuật điện tử Mục đích nghiên cứu Nâng cao hiểu biết kĩ thuật điện tử nói chung ngun lí tạo ảnh cộng hưởng MRI nói riêng Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI thực tế Nhiệm vụ Nghiên cứu lý thuyết nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết Cấu trúc khóa luận Nội dung cấu trúc luận văn gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung tạo ảnh cộng hưởng từ Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI Chương 3: Máy chụp cộng hưởng từ MRI chậm 1ms cho góc quay 900 , khoảng thời gian tương đối dài, tiến động 42 triệu lượt giây tesla Hình 2.9: Cho thấy tập hợp hạt nhân, tiến động xung quanh Bo từ trường sóng vơ tuyến chúng tạo thành mạng từ hóa Cường độ sóng vơ tuyến phát từ thể phụ thuộc vào kích thích định hướng mạng từ hóa, mạng từ hóa dao động lớn sóng vơ tuyến thu nhiều Cường độ tín hiệu tỉ lệ thuận với thơng số từ hóa mà vng góc với từ trường (các từ hóa ngang) thơng số song song khơng có ảnh hưởng (được gọi từ hóa theo chiều dọc), hình 2.7 kích thước từ hóa ngang bán kính vòng tròn Nếu mạng từ hóa hướng dọc theo từ trường (như trạng thái cân bằng) ta khơng thu sóng vơ tuyến hạt nhân tiến động riêng lẻ Điều tín hiệu sóng hạt nhân hoạt động đơn lẻ từ trường có nghĩa chúng khơng dao động vng góc với từ trường, điều làm mạng từ hóa dọc theo từ trường B0 (khơng có từ hóa ngang) Tần số sóng vơ tuyến dải tần FM, mở cửa máy qt thấy truyền thơng vô tuyến tivi tạo tác hình ảnh Ở tần số thấp thu tần số dòng sóng vơ tuyến AM Ở tần số cao thu sóng vơ tuyến truyền hình, sóng điện thoại di động dải tần số cao ta thu ánh sáng, tia X xạ gamma, từ tần số tia cực tím trở lên xạ tạo thành ion hóa có nghĩa có đủ lượng để phá vỡ phân tử thành nguyên tử đơn lẻ nhỏ Máy quét cộng hưởng từ MRI sử dụng nguồn lượng nhỏ nhiều 2.2.3 Khung quay tham chiếu Vấn đề trở nên phức tạp tiếp tục nghiên cứu tiến động từ hóa đẩy sóng vơ tuyến để đồng với tiến động Nó đơn giản khơng việc theo dõi tiến động Larmor thay đổi trường sóng vơ tuyến thời điểm Một ví dụ tương tự: Chúng ta mô tả cách ngựa di chuyển đu quay Một người đứng bên cạnh đu quay quan sát, ngựa di chuyển tương đối phức tạp Tuy nhiên đu quay giữ cố định chuyển động ngựa đơn giản chuyển động lên xuống Chúng ta nói chuyển từ khung quay tham chiếu cố định sang khung quay tham chiếu Trong ví dụ trên, đơn giản hóa mô tả tượng cộng hưởng cách di chuyển khung quay tham chiếu loại bỏ tiến động Larmor Chúng ta làm cho đu quay quay với tần số Larmor thấy khung quay từ hóa cố định đưa sóng vơ tuyến vào Vì vậy, ảnh hưởng từ trường B0 mô tả hình 2.10 Hình 2.10: Ảnh hưởng từ trường Bo đến tiến động Ở hình 2.10: Trong khung tham chiếu cố định, xuất tiến động nhanh chóng (hình bên trái) Trong khung quay tham chiếu (hình giữa) từ hóa thường di chuyển chậm quy hợp khác biệt nhỏ tần số Khi truyền sóng vơ tuyến cộng hưởng ảnh hưởng tạo tiến động xung quanh trục vng góc với từ trường Bo (bên phải) Mô tả khung tham chiếu cố định khung quay tham chiếu xác nhiên lời giải thích ln đưa khung quay tham chiếu chuyển động từ hóa đơn giản Hơn máy quét dùng để đo lường dựa kết việc sử dụng khung quay tham chiếu Bởi máy qt loại bỏ nhanh chóng rung động tín hiệu trước chúng lưu trữ máy tính (các tín hiệu điều chế từ tần số Larmor xuống tần số thấp hơn) 2.2.4 Sự phục hồi Tương tác xảy va chạm giữ hạt nhân gần làm phát sinh từ hóa cách liên tục tiến gần đến trạng thái cân Điều gọi phục hồi, tốc độ phục hồi phụ thuộc vào tương tác proton gần nhau, phụ thuộc vào độ cứng vững vật chất Đó khác biệt trog phần lớn phân tử nước chuyển động tự gây phần lớn tương phản mà thấy ảnh cộng hưởng từ hạt nhân Sự phục hồi xảy hai khoảng thời gian khác nhau: Từ hóa vng góc với từ trường (từ hóa ngang) thường giảm tương đối nhanh chóng khoảng thời gian để phục hồi từ hóa dọc theo từ trường (từ hóa theo chiều dọc) Từ hóa ngang ( M xy ) giảm theo cấp số nhân khoảng thời gian T2 (ví dụ 100ms mô não, vài giây phân tử nước tinh khiết) Các từ hóa theo chiều dọc ( Mz ) tiến đến trạng thái cân Mo khoảng thời gian T1 (ví dụ khoảng giây cho mơ não vài giây cho nước tinh khiết ) Thời gian phục hồi phụ thuộc vào tính linh động phần tử cường độ từ trường 2.2.4.1 Trọng số Sự tương phản ảnh cộng hưởng từ MRI điều khiển lựa chọn phương pháp đo lường ( trình tự thứ tự thơng số thảo luận sau).Ví dụ gọi ảnh có trọng số T2 thông số thu thập chọn cho độ tương phản hình ảnh chủ yếu phản ánh biến thể T2 Lấy ví dụ, thay đổi thành phần nước gây lên số tương phản Thời gian phản hồi TE khoảng thời gian mà từ quay từ hóa ngang vào mặt phẳng ngang định bắt đầu đo sóng vơ tuyến Trong đó, phục hồi T2 gây mát từ hóa tín hiệu Thời gian phục hồi khoảng thời gian q trình mà tạo trọng số T2 hình ảnh cộng hưởng Thời gian phản hồi TE dài (so với T2) cho kết có độ tương phản lớn, lại có tín hiệu Độ nhạy lớn biến thể T2 đạt T2 □ TE Thông thường lặp lại phép đo tương tự vài lần, ví dụ lần cho dòng hình ảnh Thời gian lặp lại TR thời gian lần lặp lại Mỗi thực phép đo sử dụng phần từ hóa theo chiều dọc, từ hóa mặt phẳng ngang tạo sóng vơ tuyến thành phần theo chiều ngang biến Nếu sử dụng từ hoa thường xuyên (thời gian lặp lại TR ngắn) lần lặp lại tạo tín hiệu nhỏ Mặt khác chờ đợi lâu lần lặp lại (thời gian lặp lại TR dài) từ hóa gần phục hồi trạng thái lần lặp lại Thời gian lần lặp lại ngắn hay dài có ý nghĩa ? Đó khoảng thời gian tương đối T1 để từ hóa theo chiều dọc phục hồi lại Nếu từ hóa khơi phục lại hoàn toàn phép đo tất loại mơ máy qt, có nghĩa thời gian lần lặp lại TR dài T1 tương đối nhiều độ tương phản T1 biến Trong trường hợp từ hóa ngang quay theo quay hạt nhân, phản ánh từ hóa cân Các sóng vơ tuyến hoạt động tốt theo phương thức Từ hóa trạng thái cân chi phối nồng độ hidro gọi mật độ proton (PD) Do kết luận việc sử dụng thời gian lặp lại TR dài gây trọng số T1 giới hạn lại thu tín hiệu lớn Nếu sử dụng thời gian lặp lại TR ngắn tín hiệu yếu tất loại mơ tín hiệu tiến đến trọng số T1 có nghĩa hình ảnh có cường độ yếu với thay đổi tín hiệu tương đối lớn mô với thời gian T1 khác Cuối giảm độ tương phản hai T1 T2, kết tạo ảnh có trọng số PD Trong ảnh cộng hưởng từ thay đổi hàm lượng nước nguồn gốc tương phản Mật độ proton mật độ hidro mà nhìn thấy ảnh cộng hưởng từ Tóm lại, sử dụng theo trình tự sau đây: Kích thích- chờ- đo lường- chờ- lặp lại Ảnh trọng số T1 tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR ngắn thời gian phản hồi TE ngắn tương phản T1 đạt cực đại tương phản T2 đạt cực tiểu Hình ảnh trọng số T2 tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR dài thời gian phản hồi TE dài độ tương phản T1 đạt cực tiểu độ tương phản T2 đạt cực đại Hình ảnh trọng số PD tạo cách sử dụng thời gian lặp lại TR dài thời gian phản hồi TE ngắn T1 T2 đạt cực tiểu Do tín hiệu đạt cực đại không tác dụng độ tương phản biến Khi có thay đổi nhỏ tồn hàm lượng nước mô Sự kết hợp không đầy đủ thời gian phản hồi thời gian lần lặp lại ngắn tạo tín hiệu yếu hỗn hợp T1 tương phản T2 Hình ảnh chai đựng thạch minh họa độ tương phản tín hiệu hình ảnh thay đổi quán theo TE, TR (a)Bốn hình ảnh thu với TR= giây TE= 90,50,20,15 ms ( hiển thị theo trình tự ) (b) Sáu hình ảnh thu với TE =15ms TR = 500,1000,2000,3000, 4000 5000 ms ( hiển thị theo thứ tự ) Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu độ tương phản chai chứa thạch 38 Khi ta thay đổi tính qn T1 dài, ngắn bao nhiêu? Tương tự T2 Chai nước tinh khiết? Thạch có cấu trúc bền nhất? Hình ảnh có T1, T2, trọng số PD? 2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi Sự khác biệt T1 T2 khác nguyên nhân phản hồi Đối với proton chất có cấu trúc bền spin lệch pha sau bị kích thích, có nghĩa tất hướng vng góc với từ trường Điều spin tác động đến từ trường làm cho spin lân cận tiến động tần số thay đổi Đối với chất có cấu trúc bền tương tác khơng thay đổi theo thời gian, chúng thay đổi nước, hạt nhân thưỡng xuyên xay tương tác vói hạt nhân lân cận Do đo Spin trì pha thời gian tương đối dài (cỡ vài giây) nước, chúng định hướng (khoảng vài ms) chất có độ bền cao Vì kết luận chất có độ bền cao T2 ngắn Q trình mơ tả ảnh hưởng đến tần số Larmor spin không làm phát sinh thay đổi từ hóa theo chiều dọc, tương tác hai hạt nhân làm thay đổi lượng kết hợp, tỉ lệ với từ hóa theo chiều dọc Do tương tác khơng đóng góp vào phục hồi T1, mà yêu cầu phải tương tác hạt nhân mạnh liên quan đến việc trao đổi lượng với môi trường xung quanh Kết tất trình phục hồi T1 kết trình phục hồi T2 Thường T2 trở lên ngắn độ bền vật chất lớn, điều không áp dụng T1, với chất có độ bền cao chất lỏng (ví dụ vài giây) T1 ngắn tương tác ngẫu nhiên proton lân cận đáp ứng điều kiện cộng hưởng Ví dụ, tesla, T1 ngắn mà proton đáp ứng khoảng 42 triệu hạt nhân khác vòng giây (tần số Larmor 42 MHZ) Nó điều dễ hiểu, chí đẩy ngẫu nhiên xích đu dẫn đến dao động đáng kể tần số nằm khoảng phù hợp Nếu thay vào đẩy nhanh chậm khơng có dao động đẩy ngẫu nhiên không 2.2.4.3 Sự không đồng mát nguồn tín hiệu Sự tương tác hạt nhân phân tử không ngừng thay đổi, gây mát tín hiệu vơ tuyến khoảng thời gian T2 pục hồi từ hóa theo chiều dọc khoảng thời gian T1 dài Tuy nhiên mát từ hóa ngang dễ xuất tính khơng đồng từ trường nghĩa biến đổi Bo Điều thể qua phương trình Larmor, tiến động hạt nhân tần số phụ thuộc vào từ trường Nếu từ trường thay đổi sau thời gian hạt nhân tất hướng theo chiều ngang chúng có liên kết sau kích thích Quá trình gọi lệch pha, tín hiệu tỉ lệ với mạng từ hóa ngang thuộc tính khơng đồng gây mát tín hiệu Lớn khơng đồng từ trường mát tín hiệu xảy nhiều Làm để lệch pha xảy nhanh chóng khoảng thời gian khơng đổi T2* ( phát âm T2 sao) Mức độ không đồng phụ thuộc phần vào thuộc tính máy quét, để tạo từ trường máy quét, T1 T2 thông số phụ thuộc vào mô tế bào mà giá trị chúng thường biết trước Sự mát tín hiệu khơng thể phục hồi tương tác hạt nhân thủ thuật khơi phục lại tín hiệu bị mát tính khơng đồng Q trình phục hồi lệch pha gọi tái tập trung liên quan đến liên kết bước hạt nhân mặt phẳng ngang Sự tái tập trung kích thích lặp lặp lại sóng vơ tuyến mơ tả Tín hiệu phục hồi biết đến "echo" nghịch 2.2.5 Quy trình làm việc Quy trình làm việc phương pháp đo cộng hưởng từ tồn số bất thường Trong được đặc trưng quy trình làm việc xảy trình đo Chuỗi spin quy trình phản hồi quay, lần từ hóa quay 900 khỏi vị trí cân thơng qua việc sử dụng sóng vơ tuyến Do tính khơng đồng sau thời gian xảy lệch pha Sau từ hóa quay 1800 sóng vơ tuyến Sau khoảng thời gian nhỏ tái tập trung tín hiệu đo đạc Điều có tính lặp lặp lại Trong q trình làm việc có thơng số q trình, ví dụ thời gian chờ đợi từ kích thích đến đo lường Do phương pháp lường miêu tả tên trình làm việc thơng số q trình liên quan Nó điều khiển độ nhạy phép đo thông số mơ khác lựa chọn thực dựa tảng tình hình bệnh thực tế Quá trình làm việc bao gồm yếu tố như: - Sự kích thích: Làm quay từ hóa khỏi vị trí cân - Độ lệch pha: Sự không đồng từ trường làm cho hạt nhân tiến động với độ lệch pha khác ảnh hưởng đến xếp hạt nhân làm cho tín hiệu bị mát - Tái tập trung xung sau kích thích lệch pha, phần tín hiệu bị mát tính khơng đồng (có thể phục hồi) Ta phục hồi cách gửi xung vơ tuyến (1800 ) trường hợp gọi tái tập trung xung, quay từ hóa 1800 xung quanh từ trường sóng vơ tuyến Hầu hết quay tiến động nhanh chóng q trình lệch pha Q trình có số yếu tố khác đề cập là: Sự nghịch đảo, gradient lưỡng cực, pha vỡ, gradient hình ảnh Một số thông số mô tả văn thuật ngữ 2.2.6 Tỉ số tín hiệu nhiễu tỉ số tương phản nhiễu Trong phần trước đề cập đến hình ảnh có trọng số PD phản ánh xác bệnh lí Mặc dù thực tế tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) thường phản ánh tốt hình ảnh đó, từ hóa phục hồi hồn tồn thời gian phục hồi ngắn làm tăng cường độ tín hiệu Nhưng ta biết hình ảnh minh họa lại cho thấy tỉ lệ tương phản nhiễu sử dụng nhiều tỉ lệ tín hiệu nhiễu, có nghĩa hình ảnh mong muốn đặc trưng sai khác tín hiệu điều kiện mơ mà muốn phân biệt Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trục thời gian (từ trái sang phải) Bao gồm giai đoạn đo lường Các khối quy trình phản hồi quay xung sóng vơ tuyến, có nghĩa thời gian sóng vơ tuyến đưa vào sử dụng Quy trình làm việc sau: Ban đầu sóng vơ tuyến phát thời gian cần thiết để quay từ hóa 90 quanh trục y khung quay tham chiếu Sau thời gian chờ đợi ngắn, spin bị lệch pha, sóng vơ tuyến lại truyền khoảng thời gian thích hợp để quay từ hóa 180 xung quanh trục x Điều bước tiến đến tái tập trung Tín hiệu đo đạc lên điều hoàn tất CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ Hình 3.1 : Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI MRI Sacnner Cutaway: Máy chụp cộng hưởng từ MRI Patient: Bệnh nhân Patient Table: Bàn bệnh nhân Scanner: Quét Gradient coils: cuộn Gradient Radio frequency coil: Cuộn tần số sóng vơ tuyến 3.2 Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI Cuộn dây nam châm siêu dẫn Cuộn RF Cuộn Gradient Ảnh Xung RF Tín hiệu RF Cuộn dây nam châm siêu dẫn Tần số vô tuyến thu Cung cấp nguồn Lệnh Lệnh Data Tần số vô tuyền thu ảnh Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống tạo ảnh MRI 3.2.1 Từ trường Trung tâm hệ thống tạo ảnh cộng hưởng từ MRI nam châm lớn tạo từ trường mạnh Khi thể bệnh nhân đặt từ trường từ trường tạo hai hiệu ứng để tạo hình ảnh: - Sự nhiễm từ mô: Là hiệu ứng mô bị nhiễm từ tạm thời xếp lại proton bệnh nhân đặt từ trường Hiệu ứng bệnh nhân khỏi khối từ Nhờ có hiệu ứng mà máy MRI phân biệt mô thường hay mô bệnh chúng bị nhiễm từ mức khác - Cộng hưởng mô Trường từ gây cho mô cộng hưởng tần số cụ thể Sự cộng hưởng mô thường xảy proton Trong từ trường mạnh mơ cộng hưởng phạm vi tần số sóng vô tuyến Điều khiến cho mô hoạt động đầu phát thu sóng vơ tuyến q trình tạo ảnh 3.2.2 Các loại nam châm Có nhiều loại nam châm dùng để tạo từ trường như: Nam châm điện, nam châm vĩnh cửu, nam châm siêu dẫn Hiện nay, nam châm siêu dẫn sử dụng rộng rãi từ trường mà tạo lớn (1.0 đến 1.5T) 3.2.3 Gradient Khi hệ thống MRI trạng thái khơng tạo ảnh từ trường hoàn toàn đồng thể bệnh nhân tạo ảnh từ trường hồn tồn bị méo dạng với gradient Gradient thay đổi cường độ từ trường từ điểm đến điểm khác thể bệnh nhân Gradient tạo cuộn gradient gắn nam châm bật tắt nhiều lần trình tạo ảnh để tạo lớp cắt Hệ thống RF: Hệ thống cung cấp liên kết thông tin người bệnh nhân mục đích tạo ảnh Hệ thống bao gồm cuộn dây RF, đóng vai trò ăng-ten dùng để truyền nhận tín hiệu từ mơ.Thơng thường có hai cuộn thu phát khác Đầu phát: Tạo lượng RF truyền vào thể bệnh nhân Năng lượng tạo dãy xung RF rời rạc Đầu thu: Sau thời gian ngắn chuỗi xung RF truyền vào thể, mô cộng hưởng phát lại tín hiệu RF, cuộn dây có tác dụng thu nhận lại tín hiệu số hóa, sau lưu trữ tạm thời máy tính để chuẩn bị cho cơng việc tạo ảnh 3.2.4 Máy tính Máy tính hệ thống MRI có chức sau: - Điều khiển thu nhận: Đầu tiên việc thu nhận tín hiệu RF số hóa từ thể bệnh nhân Q trình thu nhận bao gồm số chu kì tạo ảnh Trong chu kì, dãy xung RF truyền vào thể Các gradient kích hoạt người ta thu tín hiệu RF phản hồi từ mô Để tạo ảnh cần phải trải qua nhiều chu kì Chất lượng ảnh phụ thuộc vào chu kì chất lượng ảnh cao - Tái tạo ảnh: Máy tính sử dụng biến đổi tốn học Fourier cho liệu RF để tạo ảnh thời gian cực ngắn - Lưu trữ khôi phục ảnh: Ảnh sau tái tạo lưu trữ máy tính thiết lưu trữ (ổ cứng, ổ mềm, đĩa CD) Ảnh phục vụ cho quan sát để chuẩn đoán bệnh KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu hồn thành khóa luận tơi thu kết sau: - Hiểu nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ hạt nhân - Biết cấu tạo máy chụp cộng hưởng thông thường quy trình làm việc - Biết ưu nhược điểm phương pháp chụp cộng hưởng từ MRI so với phương pháp khác Tuy nhiên, qua q trình nghiên cứu tơi nhận thấy phương pháp tạo ảnh cộng hưởng từ MRI số hạn chế thời gian tạo ảnh lâu nên chất lượng ảnh bị ảnh hưởng cử động bệnh nhân thiết bị cấu tạo cuộn dây, muốn khắc phục nhược điểm sử dụng nhiều cuộn dây - Phương pháp tạo ảnh cộng hưởng từ song song PMRI Cuối mong đóng góp ý kiến, giúp đỡ, cộng tác nghiên cứu để đề tài có ý nghĩa ứng dụng vào thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bs Trần Đức Quang (2007), Nguyên lý kĩ thuật chụp cộng hưởng từ (MRI), NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM [2] Đoàn Nhật Ánh, Kĩ thuật chuẩn đốn hình ảnh [3] Nguyễn Thanh Thủy, Nhập mơn xử lí hình ảnh [4] Thomas P.Harnak, The Basics of MRI Website: http://www.cis.rit.edu/htbook/mri/inside.htm [5] TS.Huỳnh Lương Nghĩa, Cơ sở thiết bị chụp cắt lớp máy vi tính, Học viện kĩ thuật quân 48 ... ngun lí tạo ảnh cộng hưởng MRI nói riêng Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI thực tế Nhiệm vụ Nghiên cứu lý thuyết nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI Nghiên cứu máy chụp ảnh cộng hưởng MRI Phương... lý thuyết Cấu trúc khóa luận Nội dung cấu trúc luận văn gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung tạo ảnh cộng hưởng từ Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI Chương 3: Máy chụp cộng hưởng. .. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI 2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI 2.1.1 Khái quát chung 2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW 15 2.2 Tìm hiểu ngun