MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN MRI

Cơ sở lý thuyết, các khái niệm, nguyên lý hoạt động, các tiêu chuẩn liên quan, thông số kỹ thuật chính của máy chụp cộng hưởng MRI Magnetic resonance imaging. Đề tài nghiên cứu về lịch sử phát triển, cấu tạo của máy MRI và nguyên lý hoạt động cũng như nguyên lý tạo ảnh MRI. Từ đó đưa ra các tiêu chuẩn kỹ thuật và các thông số liên quan đến các vấn đề phát sinh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA… BỘ MÔN  MÁY CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN BÁO CÁO MÔN HỌC Giảng viên hướng dẫn: Th.S Sinh viên thực hiện: Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 11/2019 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC… KHOA BỘ MÔN  MÁY CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN BÁO CÁO MÔN HỌC Giảng viên hướng dẫn: Th.S MỤC LỤC Sinh viên thực hiện: YÊU CẦU CỦA BÁO CÁO PHẦN GIỚI THIỆU 1.1 Sự hình thành phương pháp chụp cộng hưởng từ 1.2 Các đặc điểm MRI PHẦN CẤU TẠO 2.1 Cấu tạo phần cứng 2.2 Chức hoạt động khối Thành phố Hồdẫn Chí Minh, Tháng 11/2019 2.2.1 Hệ thống nam châm siêu 2.2.2 Hệ thống tạo từ trường gradient .12 2.2.3 Hệ thống thiết bị vô tuyến 14 2.2.4 Hệ thống định vị kiểm sốt bệnh nhân 17 Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân 2.2.5 Hệ thống thu nhận tín hiệu .17 2.2.6 Hệ thống máy tính chuyên dụng, bàn điều khiển hiển thị 18 PHẦN 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, THÔNG SỐ KỸ THUẬT 19 3.1 Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân 21 3.2 Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân 22 3.3 Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu 23 3.4 Giai đoạn : Tạo hình ảnh 23 PHẦN 4: CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT .25 4.1 Khu vực nằm từ trường .26 4.2 Khu vực trang thiết bị 27 4.3 Phòng điều khiển 27 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 YÊU CẦU CỦA BÁO CÁO Tìm hiểu báo cáo thiết bị Cộng hưởng từ - MRI (Magnetic Resonance Imaging) Chú ý đến:  Cơ sở lý thuyết, khái niệm, nguyên lý hoạt động, tiêu chuẩn liên quan, thơng số kỹ thuật  Trình bày cụ thể thiết bị MRI Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân LỜI MỞ ĐẦU Chụp cộng hưởng từ theo viết tắt tiếng Anh MRI Magnetic resonance imaging phương pháp thu hình ảnh quan thể sống quan sát lượng nước bên cấu trúc quan Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân dựa tượng vật lý tượng cộng hưởng từ hạt nhân Chụp cộng hưởng từ gọi đầy đủ "chụp cộng hưởng từ hạt nhân" bắt đầu dùng để chẩn đoán bệnh từ năm 1982 Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân bắt đầu tác giả Bloch Purcell phát năm 1952 Sự khác chụp cộng hưởng từ chụp X quang lượng dùng chụp X quang lượng phóng xạ tia X cịn chụp cộng hưởng từ lượng vô tuyến điện Đề tài nghiên cứu lịch sử phát triển, cấu tạo máy MRI nguyên lý hoạt động nguyên lý tạo ảnh MRI Từ đưa tiêu chuẩn kỹ thuật thông số liên quan đến vấn đề phát sinh ngành Kỹ thuật Y sinh Đề tài gồn có nội dung: Phần 1: Giới thiệu máy cộng hưởng từ hạt nhân Phần 2: Cấu tạo Phần 3: Nguyên lý hoạt động, thông số kỹ thuật Phần 4: Các tiêu chuẩn kỹ thuật Để thực Báo cáo môn học ………… , chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành kính trọng tới – Các Thầy ……………… trường Đại học ……………… , đặc biệt thầy …………… tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình thực Đồ án Do kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi thiếu sót cách hiểu, lỗi trình bày Em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy, để báo cáo đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2019 Nhóm sinh viên thực Nhóm Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Phần 1: GIỚI THIỆU Chụp cộng hưởng từ hay MRI (Magnetic Resonance Imaging) kỹ thuật chẩn đốn y khoa tạo hình ảnh giải phẫu thể nhờ sử dụng từ trường sóng radio Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân Felix Block Edward Puroel phát vào năm 1946, cộng hưởng tử ứng dụng rộng rãi từ năm 1950 Năm 1952, nhà vật lý Felix Block Edward Purcell tra giải Nobel Vật lý nhở phát ứng dụng cộng hưởng tử Năm 1980, máy cộng hưởng tử giới đưa vào hoạt động để tạo ảnh thể người Năm 1989, MRI ứng dụng chẩn đoán bệnh lý tim mạch kỹ thuật cardiac MRI Năm 1993, ứng dụng MRI để chẩn đoán bệnh lý râu thần kinh Ngày nay, kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ (MRI) trở thành phổ biến y học chẩn đốn hình ảnh giới bệnh viện lớn Việt Nam 1.1 Sự hình thành phương pháp chụp cộng hưởng từ Felix Block Edward Purcell phát tượng cộng hưởng từ hạt nhân vào năm 1946 Cộng hưởng từ ứng dụng bắt đầu phát triển nước tiên tiến vào năm 1980 đến 1970 giải Nobel vật lý năm 1952 cho nhà vật lý tạo tiền đề cho việc phát triển MRI Tiến sỹ Raymond Damidian công bố kết cơng trình nghiên cứu cấu trúc thể người, theo kết ông phát thể người phần lớn nước nước phát tín hiệu mà dị tìm Đó sở để áp dụng cho việc tạo ảnh từ cộng hưởng từ Sau năm, ông cộng nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị chụp ảnh cấu trúc thể người cộng hưởng từ Năm 1980 máy cộng hưởng từ đời sử dụng cho việc chụp hình ảnh y tế Năm 1987, chụp cộng hưởng từ có bước tiến đưa cộng hưởng từ VGAG việc chẩn đoán bệnh lý vi mạch Năm 1993, cộng hưởng từ ứng dụng cho việc chẩn đoán chức hoạt động não Đển ngày nay, cộng hưởng từ (MRI) trở thành phổ biến tra chuộng kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh tính xác độ an tồn nó, thay số phương pháp chẩn đoán dùng số thiết bị xâm nhập thể, tránh rủi ro cho sức khỏe người bệnh Cộng hưởng từ sử dụng rộng rãi xác, an tồn khơng xâm nhập thể, MRI đáp ứng thay cho số phương pháp phải sử dụng thiết kế xâm nhập thể gây nguy hiểm đến tính mạng gây đau đớn cho bệnh nhân, với độ phân giải Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân cao hình ảnh chiều MRI đem lại hình ảnh sắc nét hay nhiều phận thể, MRI không sử dụng tia xạ để tạo ảnh X-Quang hay Cắt lớp điện toán (CT scanner) bệnh nhân nhân viên y tế không bị ảnh hưởng tia X Các hệ thống MRI đại lồng kín sử dụng nam châm siêu dẫn (các hệ thống có từ lực từ Tesla trở lên) có ưu vượt trội độ phân giải, tốc độ chụp, độ dày lát chụp So với hệ thống sử dụng nam châm cổ điển (các hệ thống có tỷ lệ Tesla) nên đáp ứng hầu hết định chuyên khoa sâu tim mạch, sọ não, thần kinh, mạch máu, giúp việc chẩn đoán điều trị đạt xác cao Chụp MRI phương pháp đưa thể vào vùng từ trường cực mạnh hoạt động theo chiều định, tất nguyên tử phân tử nước thể chuyển động tự theo nhiều chiều tác động từ trường có định hướng hệ thống MRI thay đổi chiều chuyển động theo hướng định Sau hệ thống thu tín hiệu bắt chiều chuyển động nguyên từ để truyền hệ thống vi tính xử lý tín hiệu tạo hình ảnh Khi thể khỏi vùng từ trường nguyên tử phân tử nước trở trạng thái bình thường 1.2 Các đặc điểm MRI Hiện phương pháp ứng dụng cho chẩn đốn hình ảnh thi MRI phương pháp tiên tiến đại nhất, nên phương pháp đem lại chẩn đoán điều trị cao nhất:  Hình ảnh MRI cho phép tiếp cận trực quan đến nhiều cấu trúc phức tạp thể để đánh giá chức hoạt động chúng  MRI phương pháp tốt để phát sớm đánh giá tình trạng bệnh  Các mơ mềm tim, gan, thận, phổi, chụp tạo ảnh 3D với khoảng cách điểm ảnh 1mm để dễ dàng phát tổn thương nhỏ rõ mà phương pháp chẩn đốn hình ảnh khác khơng có  MRI phương pháp tạo ảnh dựa nguyên lý cộng hưởng từ trường mà không sử dụng tia X nên tránh cho bệnh nhân khỏi ảnh hưởng tia X Tuy nhiên MRI có số yếu tố cần ý:  MRI vùng từ trường mạnh nên nhiều bệnh nhân có vật thiết bị hỗ trợ kim loại thể gây nhiều hình ảnh khơng định  Phụ nữ có thai 12 tuần tuổi nên hạn chế chụp MRI cho dù chưa có khuyến cáo tác hại đến sức khỏe tổ chức y tế giới  Chi phí cho ca chụp MRI cao số phương pháp siêu âm, X-Quang, CT,… Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Phần 2: CẤU TẠO 2.1 Cấu tạo phần cứng Bệnh nhân Bàn bệnh nhân  Hệ thống nam châm gồm cuộn nam châm siêu dẫn: tạo từ trường cực mạnh không đổi  Hệ thống cuộn gradient: tạo trưởng gadient  Các cuộn thu phát sóng vơ tuyến RF : phát xung vơ tuyến thu tín hiệu CHTHN  Hệ thống định vị kiểm soát bệnh nhân  Hệ thống thu nhận tín hiệu gồm tiền khuếch đại, tách sóng phu cầu phương thiết bị số hố; xử lý tín hiệu CHTHN trước đưa vào hệ thống máy tính để tái tạo ảnh  Hệ thống máy tính chuyên dụng : Bao gồm hệ thống điều khiển (điều khiển toản trình chụp), hệ thống lưu trữ, xử lý tạo ảnh, hệ thống phân tích hiển thị ảnh 2.2 Chức hoạt động khối 2.2.1 Hệ thống nam châm siêu dẫn Một nam châm (magnet) lớn dạng hình trụ, rỗng bên trong, đủ lớn để bệnh nhân nằm lọt bên Nam châm tạo từ trường B đồng (cố định) khơng gian bên ống trụ (Hình 3.2) Thường có loại MRI 1.5T, 1T (Tesla, đơn vị đo từ thơng) giá trị B0 Hiện nay, thiết bị MRI dùng nghiên cứu đạt tới 7T, Từ trưởng B0 làm cho momen từ (kí hiệu M, ragnetization) xếp theo chiều B Đối với hệ thống MRI kín, cường độ từ trường cao, phải dùng nam châm siêu dẫn (superconducting maget) có cấu tạo bên Hình 2.1 Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Hình 2.1: Cuộn nam châm siêu dẫn Hình 2.2: Cấu tạo cuộn nam châm siêu dẫn Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân  Chức Hệ thống nam châm có chức tạo từ trường B Để đáp ứng yêu cầu cường độ từ trường lớn từ Tesla đến Tesla (tùy thiết bị cụ thể) độ đồng cao nhằm khơi phục xác cấu trúc đối tượng thông thưởng thổ nam châm điện tử với cuộn dây siêu dẫn giữ nhiệt độ gần OK nhờ hỗn hợp dung dịch làm lạnh Heli, Nito,…  Sơ đồ chức hệ thống nam châm Hệ thống nam châm bao gồm nam châm, khối nguồn khối kiểm sốt nam châm, khối nguồn nhận dịng điện tử trạng điện cung cấp cho nam châm Khối kiểm soát nam châm bao gồm:  Mạch điều khiển tắt khẩn cấp nam châm  Mạch bảo hiệu mức dung dịch  Hệi Mạch cảnh báo chui  Mạch bảo hiệu nhiệt độ phòng  Hoạt động hệ thống nam châm Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống nam châm Hệ thống phân phối nguồn cấp nguồn cho khởi nguồn riêng nam châm Khối đưa dòng điện vào dây siêu dẫn, dòng dây siêu dẫn tạo từ trường B Khi tắt hệ thống sau ngày làm việc, khối nguồn thực phóng điện để ngắt dòng điện dây siêu dẫn Hệ thống kiểm soát nam châm theo dõi hoạt động nam châm Khi có Nhóm | Trang Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân cố cần dừng khẩn cấp hoạt động nam châm, nhân viên ấn nút tắt khẩn cấp, mạch tắt khẩn cấp làm việc tiến hành ngắt nguồn phóng điện dây siêu dẫn xả bỏ dung dịch Hêli nhanh nhanh chóng giảm cường độ từ trường chỉnh Mạch báo hiệu mức Heli theo dõi mức Heli hiển thị cảnh báo đèn LED Mạch bảo hiệu nhiệt độ phòng theo dõi nhiệt độ phòng báo hiệu nhiệt độ phòng vượt 27 độ C  Cấu trúc nam châm Nam châm thành phần đắt giá hệ thống MRI Đối với thiết bị MRI, nam châm điện sản xuất từ dây siêu dẫn Hình 2.3: Cấu tạo nam châm siêu dẫn Dây siêu dẫn có điện trở xấp xỉ giữ lạnh nhiệt độ tuyệt đối (- 273 độ C hay 0K) cách nhúng vào dung dịch Heli lỏng Một dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn tiếp tục chạy qua cuộn dây nhúng dung dịch Heli Mất mát xảy điện trở nhỏ hữu hạn cuộn dây Những mát làm suy giảm từ trung mức độ khoảng phần triệu từ trường nam châm Chiều dài siêu dẫn nam châm thường khoảng vài km Cả cuộn dây dung dịch Heli giữ hộp lớn Trong thiết kế nam châm ban đầu hộp nảy Thường bao bọc túi dung dịch Nito (77.4K), hoạt động đệm nhiệt nhiệt độ phòng dung dịch Heli Trong thiết kế nam châm máy MRI, cuộn kim loại đặt Heli lỏng (Nhóm | Trang 10 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Cuộn sử dụng tạo ảnh đầu sọ não Hình 2.12: Cuộn dây lồng chim  Cuộn từ tính vịng trịn (Single Turn Solenoid) Cuộn từ tính vịng trịn sử dụng tạo ảnh đầu mút tạo ảnh lồng ngực, cổ tay, cổ chân, Hình 2.13: Cuộn dây vòng tròn  Cuộn yên ngựa (Saddle Coil) Hình 2.13: Cuộn dây yên ngựa  Cuộn mạng pha Nhóm | Trang 16 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Cuộn bề mặt cuộn mạng pha đóng vai trò cực thu Khi cuộn bề mặt cuộn mạng pha sử dụng, cuộn dây khác thiết bị chụp cắt lớp sử dụng làm phát lượng tần số vô tuyến để phát xung 900 1800 2.2.4 Hệ thống định vị kiểm soát bệnh nhân Hệ thống định vị bệnh nhân hay gọi bàn bệnh nhân Đây hệ thống cho phép dịch chuyển định vị bệnh nhân với độ xác cao Nó điều khiển máy tính cho phép bác sỹ thao tác viên điều khiển chọn vùng cần chụp bệnh nhân Các thiết bị kiểm soát bệnh nhân bao gồm: Cảm biến xung, cảm biến hô hấp, cảm biến điện tâm đồ dùng kiểm soát bệnh nhân chụp đồng sinh lý, điện cực đầu đo điện tâm đồ, cảm biến hồng ngoại, dây đai khí nén cố định ngực, camera khoang chụp, thiết bị liên lạc với bệnh nhân thiết bị gọi nhân viên bệnh nhân (bóng bóp báo động) 2.2.5 Hệ thống thu nhận tín hiệu Bộ tách sóng cầu phương thành phần khối thu Đây thiết bị tách riêng tín hiệu Mx My từ tín hiệu thu từ cuộn thu RF Nó thực chuyển đổi tín hiệu CHTHN từ dạng tín hiệu vơ tuyến (tần số hàng trăm MHz) sang dạng tín hiệu âm tần (tần số khoảng chục KHz) Trung tâm tách sóng cầu phương trộn cân kép (Doubly Balanced Mixer - DBM) Bộ trộn cân có đầu vào đầu Nếu tín hiệu đầu vào cos (A) cos(B), tín hiệu đầu Vì trộn cịn gọi tách sống nhân đầu tích cos (A) cos (B) Hình 2.14: Sơ đồ trộn cân kép Nhóm | Trang 17 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Bộ tách sống cầu phương thưởng có trộn cân bằng, lọc, khuếch đại dịch pha 90 Thiết bị có đầu vào đầu ra, Tần số w w0 đưa vào, thành phần Mx, My, vecto từ hoá ngang lấy Hình 2.14: Sơ đồ tách sóng pha cầu phương 2.2.6 Hệ thống máy tính chun dụng, bàn điều khiển hiển thị Toàn hoạt động thiết bị chụp cắt lớp CHTHN điều khiển phần mềm cài sẵn hệ thống máy tính chun dụng có tốc độ xử lý cao Tại trình chụp điều khiển thủ tục lưu sẵn máy tính để người sử dụng lựa chọn Máy tính thực q trình tái tạo ảnh gồm thuật toán biến đổi Fourier, Radon, tích cuộn… hiển thị ảnh Ảnh chụp cắt lớp tái tạo xong quan sát trực tiếp hình máy tính in phim nhờ máy in phim Phần 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, THÔNG SỐ KỸ THUẬT Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân dựa hiệu ứng quay – quay spin tần số kích thích tần số tiến động Các proton chuyển động quay (spin) cịn chuyển động quanh vecto từ trường B  Hiệu ứng quay: Trong đó: f tần số tiến động spin γ hệ số hồi chuyển từ hạt nhân (hệ số tiến động) Nhóm | Trang 18 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân  Điều kiện xảy cộng hưởng từ: Trong đó: h số Plank µi: momen từ hạt nhân B: cường dộ tự cảm I: số lượng tử spin Hình 3.1: Chuyển động xung quanh từ trường proton Nếu mặt phẳng vng góc với từ trường B Ta tạo từ trường B’ có tần số quay với momen từ dipol Khỉ vector B’ quay đồng với momen từ dipol µ làm thay đổi góc φ, B µ Khi có cân tần số quay vector B sinh cộng hưởng Đó tượng cộng hưởng từ hạt nhân Sử dụng xung kích thích ; T thời gian kích thích xung Nhóm | Trang 19 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Hình 3.2: Sự suy giảm từ trường (a) Tín hiệu suy giả số thời gian T2 để mp X-Y có biên độ A (b) Sự cân từ trường với vị trí cân trục Z: A Khi đặt vật thể vào từ trường mạnh, vật thể có khả hấp thụ xạ lại xung điện từ tần số cụ thể Khi hấp thụ, vật thể diễn tượng cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnectic Resonance: NMR) Tần số cộng hưởng vật thể mơ thơng thường nằm dải tần sóng vơ tuyến (radio frequency: RF) Cịn xạ, vật thể phát tín hiệu vơ tuyến Cơ thể cấu tạo chủ yếu từ nước (60 - 70 %) Trong thành phần phân tử nước ln có ngun tử hydro Về mặt từ tính, nguyên tử hydro nguyên tử đặc biệt hạt nhân chúng chứa proton Do đó, có momen từ lớn Từ điều dẫn tới hệ là; ta dựa vào hoạt động tử nguyên tử hydro để ghi nhận phân bố nước khác mô thể ghi hình phân biệt mơ Mặt khác, quan, tổn thương bệnh lý dẫn đến thay đổi phân bố nước vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ thay đổi so với mô lành, nên ta ghi hình thương tổn Ứng dụng nguyên lý này, MRI sử dụng tử trưởng mạnh hệ thống phát xung có tần số vơ tuyến để điều khiển hoạt động điện tử nhân nguyên tử, mà cụ thể nhân nguyên tử hydro có phân tử nước thể, nhằm xạ lượng dạng tín hiệu có tần số vơ tuyến Các tín hiệu nảy Nhóm | Trang 20 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân hệ thống thu nhận xử lý điện toán để tạo hình ảnh đối tượng đưa vào từ trường 3.1 Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân Mỗi proton mơi trường vật chất có thơng từ tạo nội Trong điều kiện bình thường, proton xếp cách ngẫu nhiên nên điện tử chúng triệt tiêu lẫn nhau, khơng có từ trường dư để ghi nhận Khi đặt thể vào máy chụp MRI, tác động từ trường mạnh máy, momen từ proton hàng song song hướng ngược hướng từ trường máy có số lượng lớn vectơ từ hàng ngược chiều chúng triệt tiêu cho hết Do vectơ từ hố thực có hướng vectơ từ trường máy, trạng thái cân Trong trạng thái cân khơng có tín hiệu ghi nhận Khi trạng thái cân bị xáo trộn có tín hiệu hình thành Ngoài hàng theo hướng từ trường máy, proton cịn có chuyển động đảo (recession), tức quay quanh trục từ trường máy Chuyển động đảo tượng vật lý sinh tương tác từ trường động lượng quay proton Chuyển động đảo giống tượng quay, làm cho proton không đứng yên mà đảo quanh trục từ trường bên Tần số chuyển động đảo nằm dải tần số tín hiệu RF xác định phương trình Larmor Khi phát xung RF tần số với proton chuyển động đào proton hấp thụ lượng xung tạo nên tượng cộng hưởng từ hạt nhân Hình 3.3: Chuyển động đảo từ trường proton 3.2 Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân Sau giai đoạn hàng hạt nhân, cuộn phát tín hiệu (transmitter coil) máy phát xung điện từ ngắn (đo mili giây) gọi xung tần số vô tuyến (radio frequency pulse: xung RF) Vì xung phát có tần số RF tương ứng với tần số cộng hưởng proton nên số lượng proton hấp thụ Sự hấp thụ lượng Nhóm | Trang 21 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân vectơ từ hoá làm chúng lệch khỏi hướng vectơ từ trường máy Hiện tượng gọi kích thích hạt nhân Hình 3.4: Q trình kích thích hạt nhân q trình dãn Có hai khái niệm quan trọng xử lý tín hiệu Từ khóa dọc (longitudinal magnetization), song song với từ trường máy Từ hóa ngang (transverse Imagnetization), vng góc với tử trường máy Từ hóa đọc tượng từ hóa ảnh hưởng từ trường máy Đó trạng thái cân trình bày Trạng thái trì có xung RF tác động làm vectơ từ hoá lệch khỏi hưởng vectơ từ trường máy Khi phát xung RF, thời gian đó, vecto từ hóa dọc lại khơi phục vị trí ban đầu Q trình khơi phục theo hướng dọc gọi dãn theo trục dọc từ trường máy gọi trình dãn theo trục dọc (longitudinal relaxation) Thời gian dần theo trục đọc (longitudinal relaxation time) thời gian cần thiết để tượng từ hóa dọc đạt 63% giá trị ban đầu Thời gian cịn gọi thời gian T1 Từ hóa ngang xảy phát xung RF lên mô Xung thường xung 90 Do tượng cộng hưởng nên vectơ từ hoá lệch khỏi hướng vectơ từ trường máy bị theo hướng ngang tạo nên vectơ từ hoa ngang (transverse magnetization vector) Từ hóa ngang trạng thái khơng ổn định, kích thích nhanh chóng phân rã kết thúc xung RF Từ hố ngang q trình dãn gọi dãn theo trục ngang (transverse relaxation) Khi ngắt xung R vectơ từ hóa ngang pha, suy giảm nhanh chóng trở Thời gian cần thiết để 63% giá trị từ hoá ban đầu bị phân rã gọi thời gian dãn theo trục ngang (transverse relaxation time) Thời gian gọi thời gian T2 Thời gian T2 ngắn nhiều so với thời gian T1 Nhóm | Trang 22 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Hình 3.5: Quá trình từ hóa dọc từ hóa ngang với M0 vecto từ hóa thực trạng thái cân 3.3 Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu Khi ngất xung RF, proton hết bị kích thích, trở lại hàng cũ ánh hưởng từ trường máy (gọi trình dẫn theo trục dọc trình bày trên) Trong q trình này, mơmen từ proton khơi phục trở lại vị trí dọc ban đầu, chúng xạ lượng dạng tín hiệu tần số vơ tuyền Các tín hiệu nảy cuộn thu nhận tín hiệu (receiver coil) máy ghi lại 3.4 Giai đoạn : Tạo hình ảnh Các tín hiệu vơ tuyến xạ từ vật thể mô sau cuộn thu nhận tín hiệu máy ghi lại xử lý điện tốn để tạo hình ảnh Cường độ xạ từ đơn vị khối lượng mỏ thể phim chụp theo thang màu từ trắng đến đen Trong màu trắng cường độ tín hiệu cao, màu đen khơng có tín hiệu Hình 3.6: Mô tả quan hệ T1 T2 với độ từ hóa cường độ tín hiệu Nhóm | Trang 23 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Trong q trình dãn (tăng lại) từ hố dọc, mơ khác có mức từ hố khác Vì tốc độ tăng khác nhau, hay nói cách khác giá trị T1 khác Mơ với giá trị T1 ngắn có tốc độ tăng lại từ hoá dọc nhanh Do vậy, suốt thời gian có mức từ hố cao hơn, tạo tín hiệu mạnh xuất ảnh sáng hơn, Trong q trình phân rã từ hố ngang, mơ khác có mức từ hố khác tốc độ phân rã khác nhau, hay T2 khác Giá trị T2 dài tức mơ có mức nhiễm từ cao, tạo tín hiệu mạnh sáng ảnh so với mơ có giá trị T2 ngăn Tại thời điểm bắt đầu chu kỳ, khơng có tương phản T2, tương phản T2 tăng dần q trình dãn Có thể thấy rằng, phương thức tạo ảnh MRI có hai pha khác Một pha với từ hoá dọc pha với từ hoá ngang Mặt khác, trình bày, thời gian T1 momen từ proton khôi phục theo chiều dọc ảnh hưởng từ trường máy tổng tất mômen từ proton lúc gọi vectơ từ hóa thực, độ lớn vectơ từ hố thực phụ thuộc vào mật độ proton mơ Giữa hai mơ lân cận, dù thời gian T1 mật độ proton khác mức độ từ hố khác Vì cường độ tín hiệu xạ khác nên tạo tương phản ảnh khác Nhờ ta nhận biết riêng biệt chúng qua tương phản ảnh Nếu hai mơ có giá trị T1 khác nhau, tương phản tăng lên Nhưng mô tiến dẫn đến trạng thái cân mật độ proton lại trở thành yếu tố ảnh hưởng đến tương phản hai T1 Như vậy, ưu điểm vượt trội phương pháp tạo ảnh MRI 90 với phương pháp khác chỗ chọn đặc tính khác mơ để tạo tương phản thị phim chụp Có đặc tính mô nguồn tương phản ảnh: Mật độ proton kết hợp với thời gian dãn dọc T1, thời gian dẫn dọc T1, thời gian dãn ngang T2 Nhóm | Trang 24 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Phần 4: CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Nhóm | Trang 25 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Hình 4.1: Sơ đồ chung cho toàn hệ thống MRI 4.1 Khu vực nằm từ trường Hình 4.1: Phịng nam châm Về kỹ thuật xây dựng bố trí phịng, chứa nam châm MR, vỏ, chân đỡ bàn bệnh nhân Cáp, lỗ thông hệ thống dây điện thường vào đỉnh cụm nam châm truyền dọc theo khay trần nhà Một số dây ống từ bên dọc theo rãnh sàn nhà Các tường phòng xây dựng theo lớp thực số chức độc lập: che chắn từ tính để hạn chế trường rìa; che chắn âm để hạn chế truyền tiếng ồn đến phòng điều khiển; che chắn tần số vô tuyến để ngăn tiếng ồn điện từ vào khỏi phịng Sàn phải có khả hỗ trợ trọng lượng đáng kể nam châm, bàn phụ kiện Trọng lượng máy quét siêu dẫn hình trụ 1,5 T điển hình khoảng 4.500 kg máy quét 3.0T nặng tới 7.500 kg Trọng lượng nam châm trường thấp vĩnh viễn cao ba lần so với máy quét siêu dẫn 1,5 T, lên tới 16.000 kg Trong phòng MRI thường có tủ chứa khu vực lưu trữ cho số lượng lớn phụ kiện MR, bao gồm phantoms, đệm, bọt biển, dây đai, nêm, dẫn tim, thiết bị đo xung ngoại vi ống thở Và có trang bị bồn rửa thường cần thiết oxy thiết bị hút Kim phun tương phản thường trang bị, vật liệu phụ trợ để tiêm thuốc cản quang, bao gồm ống tiêm, ống IV, băng độ tương phản Nên điều chỉnh ánh sáng, sử dụng nguồn dòng điện trực tiếp với độ gợn 5% với chuyển đổi điện nằm bên ngồi phịng nam châm Nên sử dụng đèn LED chiếu sáng bóng đèn có dây tóc ngắn để tránh rung cháy sớm Ánh sáng huỳnh quang khơng sử dụng nhiễu tần số vô tuyến (RF) mà nam châm tạo Một cửa sổ Nhóm | Trang 26 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân thơng qua để xem bệnh nhân có mặt gần cài đặt, thường kèm với hệ thống giám sát video từ xa 4.2 Khu vực trang thiết bị Nằm cạnh khhu vực từ trường, phòng chứa thiết bị phân phối 34 tủ điều khiển hỗ trợ hoạt động nam châm Phòng thiết bị quét MR hiển thị: Tủ độ dốc tần số vô tuyến; cung cấp lượng toàn bộ; máy bơm nước/ máy làm lạnh; máy bơm khí heli, tủ gradient (gửi dịng điện vào gradient) tủ RF (để điều khiển việc truyền xung tần số vơ tuyến thu tín hiệu NMR) Trên số máy quét hơn, thiết bị điện tử RF đặt cạnh nam châm vỏ nhựa Thơng thường ba thành phần kết hợp thành tủ lớn Một số hệ thống có tủ bổ sung phục vụ kỹ thuật chuyên ngành, chẳng hạn quang phổ đa hạt nhân MRI chức Các thành phần hệ thống làm mát cho nam châm, khuếch đại cuộn gradient trình bày Chúng bao gồm máy nén cryocooler "bơm helium" (lưu thông helium lỏng xung quanh nam châm) trao đổi nhiệt "máy làm lạnh" (bơm hỗn hợp nước chống đông để làm mát gradient lấy nhiệt từ hệ thống helium ) Các dây ống từ thiết bị điện làm mát qua xuyên tường chung phòng nam châm phịng thiết bị Hình 4.1: Sơ đồ khối đường dẫn liên lạc Nhóm | Trang 27 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân 4.3 Phòng điều khiển Nằm bên ngồi phịng nam châm Nó chứa bảng điều khiển vận hành, bàn phím, thiết bị liên lạc, EKG hình oxy thiết bị máy tính điều khiển máy quét Nhóm | Trang 28 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân KẾT LUẬN Cộng hưởng từ MRI kỹ thuật tạo hình cắt lớp sử dụng sóng từ trường sóng radio Hình ảnh cộng hưởng từ MRI có độ tương phản cao, sắc nét rõ ràng, chi tiết, giải phẫu tốt có khả tái tạo 3D mang lại hiệu chẩn đoán cho bác sĩ bệnh lý bệnh nhân Do lợi phương pháp tạo ảnh cộng hưởng từ, khơng dùng xạ ion hố, hình ảnh phần mềm đặc biệt rõ nét ảnh, chụp mạch máu khơng cần can thiệp vào người bệnh, ngày ứng dụng nhiều ngày phát triển phiên phù hợp với y học đại Nhóm | Trang 29 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân TÀI LIỆU THAM KHẢO John G.Webster-Medical Instrumentation Application and Design, 4th Edition, 2009 Nguyễn Lan Hương Bài giảng Thiết bị đo Y sinh, Đại học Bách Khoa Hà Nội Võ Minh Thành Nguyên lý chụp cộng hưởng từ, Bệnh viện Đa khoa Đak Lak Jacques Clarisse Nguyễn Thi Hùng, Phạm Ngọc Hoa, Hình ảnh học sọ não Xquang – CT – Cộng hưởng từ, NXB Y học, 2008 Hà Hoàng Kiệm Thận học lâm sàng chẩn đoán X-quang hệ thống thận-tiết niệu Chụp cộng hưởng từ hạt nhân NXB Y học, 2010 Micheal Y.M.Chen, Thomas L Pope, David J.Ott, Basic Radiology 2nd edition, McGraw-Hill Medical, 2010 Nhóm | Trang 30 ... Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân dựa tượng vật lý tượng cộng hưởng từ hạt nhân Chụp cộng hưởng từ gọi đầy đủ "chụp cộng hưởng từ hạt nhân" bắt đầu dùng để chẩn đoán bệnh từ năm 1982 Hiện tượng cộng hưởng. .. chuyển từ hạt nhân (hệ số tiến động) Nhóm | Trang 18 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân  Điều kiện xảy cộng hưởng từ: Trong đó: h số Plank µi: momen từ hạt nhân B: cường dộ tự cảm I: số lượng tử spin... T2 Nhóm | Trang 24 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Phần 4: CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Nhóm | Trang 25 Máy Chụp Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân Hình 4.1: Sơ đồ chung cho toàn hệ thống MRI 4.1 Khu vực nằm