Nghiên cứu thiết bị tạo ảnh cộng hưởng từ và ứng dụng trong chẩn đoán bệnh lý cột sống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ TẠO ẢNH CÔNG HƢỞNG TỪ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH LÝ CỘT SỐNG NGUYỄN VĂN BÌNH binhbvcc@gmail.com Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN THÁI HÀ Viện Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI, 5/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ TẠO ẢNH CÔNG HƢỞNG TỪ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH LÝ CỘT SỐNG NGUYỄN VĂN BÌNH binhbvcc@gmail.com Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN THÁI HÀ Chữ ký GVHD Viện Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI, 5/2020 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chƣơng trình cao học làm luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý Thầy giáo, Cô giáo Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo sau đại học, Bộ mơn Kỹ thuật y sinh Viện Điện tử - Viễn thông, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn TS Nguyễn Thái Hà ngƣời Cơ chuẩn mực, ln tận tình hƣớng dẫn, dìu dắt em suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn tới Ban lãnh đạo Bệnh Viện Châm cứu Trung ƣơng tạo điều kiện tốt để em hồn thành khóa học Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô hội đồng chấm luận văn, ngƣời đánh giá cơng trình nghiên cứu em cách công minh, ý kiến đóng góp q Thầy, Cơ học quý giá giúp em đuờng học tập nghiên cứu khoa học kỹ thuật sau Hà Nội, ngày ……tháng năm 2020 Nguyễn Văn Bình i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn: “Nghiên cứu thiết bị tạo ảnh cộng hƣởng từ ứng dụng chẩn đoán bệnh lý Cột sống” TS Nguyễn Thái Hà trực tiếp hƣớng dẫn Các nội dung đƣợc trình bày luận văn hồn tồn trung thực Luận văn tốt nghiệp đánh dấu cho thành quả, kiến thức em thu nhận đƣợc trình rèn luyện học tập trƣờng Trong luận văn này, em sử dụng số tài liệu tham khảo đƣợc danh mục Tài liệu tham khảo Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trƣớc pháp luật cam kết Hà Nội, ngày …… Tháng năm 2020 Ngƣời viết cam đoan Nguyễn Văn Bình ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái niệm chung chụp cộng hƣởng từ 1.1.2 Lịch sử phát triển thiết bị cộng hƣởng từ 1.1.3 Các ứng dụng máy cộng hƣởng từ y tế 1.2 Nguyên lý tạo ảnh máy cộng hƣởng từ 10 1.2.1 Cấu trúc nguyên tử 10 1.2.2 Spin từ trƣờng 11 1.2.3 Tác dụng xung RF 15 1.2.4 Tần số Larmor 16 1.2.5 Các phƣơng pháp mã hóa 17 1.2.6 Các trình hồi phục 20 1.2.7 TR & TE 27 1.3 Các yếu tố ảnh 29 1.3.1 Trƣờng Gradient 29 1.3.2 Pixel, Voxel FOV 29 1.3.3 Độ dày lát cắt 30 1.3.4 Không gian K 31 1.3.5 Biến đổi Fourier: 32 1.3.6 Xử lý tín hiệu ảnh 33 1.3.7 Độ phân giải ảnh 34 1.3.8 Độ tƣơng phản 35 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiễu ảnh (Artifact) 37 1.4.1 Nhiễu ảnh chuyển động - Motion Artifact 38 1.4.2 Nhiễu ảnh dòng chảy - Flow Artifact 39 1.4.3 Nhiễu ảnh FOV - Field of View 41 1.4.4 Nhiễu ảnh mô mỡ nƣớc - Chemical shift Artifact 42 iii 1.4.5 Nhiễu ảnh nhạy từ - Susceptibility Artifact 43 1.4.6 Nhiễu ảnh dạng gợn sóng - Gibb Artifact 44 1.4.7 Nhiễu ảnh hiệu ứng thể tích riêng phần 44 1.4.8 Nhiễu ảnh dị rỉ sóng RF - Zipper Artifact 45 1.4.9 Nhiễu ảnh slice gap - Crosstalk Artifact 46 1.4.10 Nhiễu ảnh góc lật - Magic angle Artifact 47 1.4.11 Nhiễu ảnh dạng lƣới - Crisscross artifact 47 Chƣơng 2: CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG CỘNG HƢỞNG TỪ 49 2.1 Cấu tạo thiết bị cộng hƣởng từ 49 2.2 Các thành phần hệ thống cộng hƣởng từ 50 2.2.1 Hệ thống nam châm 50 2.2.2 Hệ thống Gradient 54 2.2.3 Hệ thống cuộn RF 57 2.2.4 Detector 63 2.2.5 Phantom 64 2.2.6 Hệ thống thu nhận tái tạo ảnh 65 2.3 Các phƣơng pháp tạo ảnh 67 2.3.1 Phƣơng pháp tín hiệu dội Spin ( Spin Echo - SE): 68 2.3.2 Phƣơng pháp khôi phục ngƣợc (Inversion Recovery – IR): 72 2.3.3 Phƣơng pháp tín hiệu dội Gradient (Gradient Echo – GRE) : 75 2.3.4 Phƣơng pháp Turbo Gradient Echo (TGE) 78 2.3.5 Phƣơng pháp Turbo Spin Echo (TSE): 80 2.3.6 Phƣơng pháp ảnh mặt phẳng tín hiệu dội - EPI 81 2.3.7 Phƣơng pháp lật trƣớc nhiễm từ (Magnetization Preparation) 83 Chƣơng ỨNG DỤNG ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ TRONG BỆNH LÝ CỘT SỐNG 84 3.1 Một số phƣơng pháp chẩn đoán hình ảnh 84 3.1.1 Chụp X quang thƣờng quy 84 3.1.2 Chụp cắt lớp vi tính - CT Scaner 85 3.1.3 Siêu âm 88 3.2 An toàn kỹ thuật chụp cộng hƣởng từ 89 3.3 Kỹ thuật chụp cộng hƣởng từ 91 3.3.1 Kỹ thuật chụp cột sống cổ 93 3.3.2 Kỹ thuật chụp cột sống lƣng 94 3.3.3 Kỹ thuật chụp cột sống thắt lƣng 95 3.4 Ứng dụng ảnh cộng hƣởng từ chẩn đoán bệnh lý cột sống 96 iv 3.4.1 Cấu trúc giải phẫu cột sống 96 3.4.2 Các bệnh lý cột sống 97 3.5 Tiền công nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ 102 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 v DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Từ viết tắt Giải thích nghĩa MR Magnetic Resonance Cộng hƣởng từ MRI Magnetic Resonance Imaging Ảnh cộng hƣởng từ MRS Magnetic Resonance Spectroscopy Quang phổ từ hạt nhân NMR Nuclear Magnetic Resonance Nuclear Magnetic Resonance Imaging Cộng hƣởng từ hạt nhân MRA Magnetic Resonance Angiography Chụp cộng hƣởng từ động mạch EPI Echo Planar Imaging Hình ảnh phẳng phản hồi FOV Field Of View Trƣờng quan sát/trƣờng nhìn FT Fourier transfom Biến đổi Fourier DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc IFT Inverse Fourier transform Biến đổi Fourier nghịch đảo RF Radio frequency Tần số vô tuyến EEG Electro Encephalography Điện não đồ FLAIR Fluid-attenuated inversion recovery Phục hồi đảo ngƣợc chất lỏng FID Free Induction Decay Phân rã cảm ứng tự TE Time Echo Thời gian phản hồi TR Time Repeatation Thời gian lặp lại TI Time Inversion Thời gian đảo ngƣợc STIR short T1 inversion recovery Phục hồi đảo ngƣợc T1 ngắn FLASH Fast Low - Angle Short Imaging Hình ảnh nhanh chậm-góc thấp GE Gradient echo Gradient phản hồi SE Spin Echo Quay phản hồi IR Inversion Recovery Phục hồi đảo ngƣợc SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu CT Computed Tomography Chụp cắt lớp vi tính SPECT Single Photon Emission Computed Tomography Chụp cắt lớp phát xạ photon đơn PET Positron Emission Tomography Chụp cắt lớp phát xạ positron NMRI vi Ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hình ảnh máy chụp Cộng hƣởng từ Hình 1.2: Ảnh chụp cộng hƣởng từ cột sống Hình 1.3: Ảnh chụp cộng hƣởng từ Hình 1.4: Kết cấu nguyên tử 10 Hình 1.5: Hƣớng spin hạt nhân 11 Hình 1.6: Sắp xếp proton từ trƣờng 12 Hình 1.7: Các proton xếp ngẫu nhiên điều kiện bình thƣờng 12 Hình 1.8: Proton dƣới tác động từ trƣờng 13 Hình 1.9: Khi có tác dụng từ trƣờng B0 14 Hình 1.10: Đặt bệnh nhân từ trƣờng 15 Hình 1.11: Trạng thái proton tác động xung RF 16 Hình 1.12: Ảnh hƣởng lực hấp dẫn từ trƣờng lên hạt nhân 17 Hình 1.13: Mã hóa pha phƣơng pháp gradient y 18 Hình 1.14: Mã hóa tần số phƣơng pháp độ dốc x 19 Hình 1.15: Độ từ hóa thực M0 hƣớng theo trục z 21 Hình 1.16: Đƣờng cong mơ tả thời gian hồi giãn dọc 22 Hình 1.17: Ảnh T1 quan hệ độ sáng mô 23 Hình 1.18: Hiện tƣợng suy giảm cảm ứng tự FID 24 Hình 1.19: Đƣờng cong mơ tả thời gian hồi giãn ngang 25 Hình 1.20: Ảnh T2 quan hệ độ sáng mô 26 Hình 1.21: Tín hiệu cộng hƣởng từ hạt nhân suy giảm nhanh theo T2* 27 Hình 1.22: Các loại ảnh trọng lƣợng với TR TE khác 28 Hình 1.23: Trƣờng Gradient biển đổi 29 Hình 1.24: Trƣờng nhìn FOV 30 Hình 1.25: Tần số Larmor biến đổi có trƣờng Gradient 31 Hình 1.26: Không gian K 32 Hình 1.27: Mã hóa tần số chiều 32 Hình 1.28: Mã hố tín hiệu tái tạo ảnh 33 Hình 1.29: Mối quan hệ số lƣợng lấy mẫu ảnh kích thƣớc pixel 35 Hình 1.30: Tạo ảnh mã hóa dịng chảy 36 Hình 1.31: Một số nhiễu ảnh chuyển động nhịp thở 38 Hình 1.32: Nhiễu ảnh rõ rệt để bệnh nhân thở tự 39 Hình 1.33: Nhiễu ảnh dịng chảy 40 Hình 1.34: Nhiễu ảnh dịng chảy động mạch cảnh 40 Hình 1.35: Nhiễu ảnh trƣờng nhìn FOV 41 Hình 1.36: So sánh chất lƣợng ảnh có thay đổi kích thƣớc FOV 42 Hình 1.37: Nhiễu ảnh mơ mỡ nƣớc 42 Hình 1.38: Nhiễu ảnh nhạy từ 43 Hình 1.39: Nhiễu ảnh dạng gợn sóng 44 Hình 1.40: Sử dụng tái tạo ảnh từ rawdata 44 Hình 1.41: Độ dày lát cắt tăng lên, tỉ số SNR tăng lên 45 Hình 1.42: Các nốt tăng tín iệu định lớp cắt khác 46 Hình 1.43: Nhiễu ảnh slice gap - Crosstalk Artifac 46 Hình 1.44: Nhiễu ảnh góc lật - Magic angle Artifact 47 vii Hình 1.45: Nhiễu ảnh dạng lƣới 48 Hình 2.1: Cấu trúc cắt dọc hệ thống cộng hƣởng từ 49 Hình 2.2: Máy cộng hƣởng từ sử dụng nam châm vĩnh cửu 51 Hình 2.3: Máy cộng hƣởng từ sử dụng nam châm điện trở 52 Hình 2.4: Máy cộng hƣởng từ sử dụng nam châm siêu dẫn 53 Hình 2.5: Cƣờng độ đƣờng sức từ 54 Hình 2.6: Hệ thống cuộn gradient theo trục X, Y, Z 55 Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống cuộn RF 57 Hình 2.8: Hƣớng cuộn RF trƣờng tĩnh 59 Hình 2.9: Cấu tạo cuộn phát thu song điện từ 61 Hình 2.10: Một số cuộn tạo ảnh thơng dụng 61 Hình 2.11: Bộ điều phối cân kép 64 Hình 2.12: Cấu trúc detector 64 Hình 2.13: (a) Phantom phân tích D= 24cm; (b) Mặt cắt quaphantom 65 Hình 2.14: Vùng tín hiệu số tƣơng tự tạo ảnh cộng hƣởng từ 66 Hình 2.15: Hệ thống tạo ảnh MR 66 Hình 2.16: Mối liên hệ chung chế độ tạo ảnh 68 Hình 2.17: Chuỗi xung Spin Echo 69 Hình 2.18: Dãy kiện yếu tố xác định tƣơng phản ảnh 71 Hình 2.19: Chuỗi xung phục hồi đảo ngƣợc 72 Hình 2.20: Phƣơng thức tạo ảnh khôi phục ngƣợc 74 Hình 2.21: Đồ thị thời gian phƣơng pháp FLAIR 75 Hình 2.22: Phƣơng pháp tín hiệu dội Gradient 75 Hình 2.23: Chuỗi xung TGE 79 Hình 2.24: Nguyên lý chuỗi xung Turbo gradient echo sử dụng xung 1800 79 Hình 2.25: Chuỗi xung Fast Spin Echo 80 Hình 2.26: Chuỗi xung RARE 81 Hình 2.27: Kỹ thuật tạo ảnh Gradient 81 Hình 2.28: Chuỗi xung Echo Planar 82 Hình 2.29: Phƣơng pháp lật trƣớc nhiễm từ 83 Hình 3.1: Một số hình ảnh chụp X quang 85 Hình 3.2: Nguyên lý tạo ảnh CT 86 Hình 3.3: Hình ảnh chụp CT sọ não 87 Hình 3.4: Một số hình ảnh siêu âm 88 Hình 3.5: Các cố phịng chụp cộng hƣởng từ 90 Hình 3.6: Kỹ thuật chụp cột sống cổ hƣớng cắt sagittal Axial 93 Hình 3.7: Kỹ thuật chụp cột sống lƣng hƣớng Sagittal Axial 94 Hình 3.8: Kỹ thuật chụp cột sống thắt lƣng hƣớng cắt sagittal Axial 95 Hình 3.9: Ảnh Sagittal chuỗi xung T2W giải phẫu cột sống 97 Hình 3.10: Chấn thƣơng cột sống cổ vỡ C5 di lệch sau, chèn ép tủy 98 Hình 3.11: Thoát vị đĩa đệm C3/C4 trung tâm bên trái gây chèn ép tủy cổ 99 Hình 3.12: Thối hóa giảm tín hiệu T2WI đĩa đệm L4/L5 100 Hình 3.13: Kỹ thuật chụp Sagittal tổn thƣơng tiêu xƣơng C7 100 Hình 3.14: Hẹp ống sống cổ đoạn ngang mức C4 101 Hình 3.15: U màng não thành bên phải cột sống cổ 102 viii Bất thƣờng tín hiệu khu vực tổn thƣơng ảnh cộng hƣởng từ gồm: - Giảm tín hiệu T1W T2W - Hình ảnh khơng liên tục hồn tồn phần dây chằng - Biến dạng / bóp méo cấu trúc giải phẫu bình thƣờng - Hẹp biến dạng kính ống sống - Lớp mỡ ngồi màng cứng thành trƣớc ống sống bị xóa Chụp cộng hƣởng từ cột sống chia thành chụp cột sống cổ, cột sống lƣng, cột sống thắt lƣng 3.3.1 Kỹ thuật chụp cột sống cổ Chụp cộng hƣởng từ cột sống cổ trƣởng hợp chấn thƣơng: nghi ngờ tổn thƣơng dây chằng, sụn, xƣơng, phần mềm v ng đốt sống cổ Bệnh lý: dị tật bẩm sinh đốt sống cổ, thoát vị đĩa đệm, viêm khớp, lao khớp, u xƣơng v ng đốt sống cổ, thối hóa… Hình 3.6: Kỹ thuật chụp cột sống cổ hƣớng cắt sagittal Axial Hƣớng cắt Sagittal Hƣớng cắt song song với trục cột sống; trƣờng nhìn (FOV) lấy đủ cột sống cổ; Lát cắt song song với gai sau cột sống Hƣớng cắt Axial Hƣớng cắt song song với đĩa đệm; Lát cắt song song với đĩa đệm; FOV lấy cột sống cổ vào trung tâm, nên sử dụng Saturtion Pulses tránh nhiễu ảnh 93 Bảng 3.1: Các xung thƣờng dùng chụp cộng hƣởng từ cột sống cổ Cor TIRM Sag T1W Sag T2W Sag TIRM FOV 280300mm 280300mm 280300mm 280300mm Slice 13 11-13 11-13 Slice thickness 3mm 3-4mm Dist factor 0.2 TR TE Xung Ax T1W Ax Medic 2d 200mm 200mm 11-13 19-24 (25 group) 19-24 (2-5 group) 3-4mm 3-4mm 3mm 3mm 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 39004000ms 445500ms 42804300ms 38304000ms 400ms 861900ms 73ms 9-10ms 109ms 73ms 8,4ms 22ms 3.3.2 Kỹ thuật chụp cột sống lƣng Chụp cộng hƣởng từ cột sống thắt lung trƣờng hợp chấn thƣơng: nghi ngờ tổn thƣơng sụn, xƣơng, cơ, phần mềm v ng đốt sống lƣng Bệnh lý: dị dạng cột sống, thoát vị đĩa đệm, viêm khớp, lao khớp, u xƣơng v ng đốt sống lƣng, thối hóa… Hình 3.7: Kỹ thuật chụp cột sống lƣng hƣớng Sagittal Axial Hƣớng cắt Sagittal FOV đủ rộng, bao phủ từ C7 – L1; Hƣớng cắt song song với trục cột sống; Lát cắt song song với gai sau cột sống 94 Hƣớng cắt Axial Hƣớng cắt song song với đĩa đệm; Lắt cắt qua đĩa đệm; FOV đủ rộng, bao phủ cột sống Bảng 3.2: Các xung thƣờng d ng chụp cộng hƣởng từ cột sống lƣng Xung Cor TIRM Sag T1W Sag T2W Sag TIRM Ax T1W Ax T2W FOV 300320mm 300320mm 300320mm 300320mm 200mm 200mm Slice 11-13 11-13 11-13 11-13 30-35 30-35 Slice thickness 4mm 4mm 4mm 4mm 5mm 5mm Dist factor 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 TR 33003500ms 450500ms 28003000ms 30003200ms 450500ms 25002800ms TE 54ms 10ms 118ms 54ms 10ms 122ms 3.3.3 Kỹ thuật chụp cột sống thắt lƣng Chụp cộng hƣởng từ cột sống thắt lƣng trƣờng hợp chấn thƣơng: nghi ngờ tổn thƣơng dây chằng, sụn, xƣơng, phần mềm v ng cột sống thắt lƣng Bệnh lý: bệnh lý bẩm sinh cột sống, thoát vị đĩa đệm, viêm khớp, lao khớp, u xƣơng v ng cột sống thắt lƣng, thối hóa… Hình 3.8: Kỹ thuật chụp cột sống thắt lƣng hƣớng cắt sagittal Axial 95 Hƣớng cắt Sagittal Hƣớng cắt song song với trục cột sống; FOV bao phủ lấy hết đốt sống từ D12 trở xuống; Lát cắt song song với gai sau cột sống Hƣớng cắt Axial Hƣớng cắt song song với đĩa đệm; Lát cắt song song với đĩa đệm; FOV lấy cột sống vào trung tâm Bảng 3.3: Các xung thƣờng dùng chụp cộng hƣởng từ cột sống thắt lƣng Xung Cor TIRM Sag T1W Sag T2W Sag TIRM Ax T1W Ax T2W FOV 300320mm 300320mm 300320mm 300320mm 200mm 200mm Slice 11-13 11-13 11-13 11-13 25-30 25-30 (56 group) Slice thickness 4mm 4mm 4mm 4mm 4mm 4mm Dist factor 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 TR 33003500ms 450500ms 28003000ms 30003200ms 450500ms 3550ms TE 54ms 10ms 54ms 54ms 10ms 119ms 3.4 Ứng dụng ảnh cộng hƣởng từ chẩn đoán bệnh lý cột sống 3.4.1 Cấu trúc giải phẫu cột sống Cột sống trụ cột chịu trọng lực thân ngƣời, nằm thành sau thân, chạy dài từ mặt dƣới xƣơng chẩm đến hết xƣơng cụt Cột sống bao bọc bảo vệ tủy sống Nhìn nghiêng cột sống có đoạn cong, từ xuống dƣới gồm có: đoạn cổ cong lõm sau; đoạn ngực cong lõm trƣớc; đoạn thắt lƣng cong lõm sau đoạn cụt cong lõm trƣớc Cấu trúc đoạn cong cột sống để thích nghi với tƣ đứng thẳng thể ngƣời Đồng thời c ng đáp ứng đƣợc vận động thể nhƣ cúi, ngửa, nghiêng bên xoay thân Cột sống có từ 33 - 35 đốt sống xếp chồng lên Có 24 đốt sống rời tạo thành đốt sống cổ ký hiệu từ C1 - C7; 12 đốt sống lƣng ký hiệu từ T1 T12; đốt sống thắt lƣng ký hiệu từ L1 - L5 Xƣơng c ng gồm đốt sống dƣới dính lại thành ký hiệu từ S1 - S5 Xƣơng cụt có đốt cuối 96 nhỏ, cằn cỗi dính lại làm tạo thành ký hiệu từ Co1 - Co6 đƣợc dính vào đỉnh xƣơng c ng Hình 3.9: Ảnh Sagittal chuỗi xung T2W giải phẫu cột sống Có khoảng 400 cơ, dây chằng gân để giữ cột sống đứng thẳng Dây chằng dải tế bào sợi dai neo đốt xƣơng với nhau, bảo vệ cột sống chống lại cử động không mong muốn nhƣ gấp mức duỗi mức Khi dây neo căng, chúng rách, suy yếu, đốt sống lệch không đứng vững, thịt gân sƣng đƣa tới thƣơng tổn đau nhức Giữa cột ống chứa tủy nơi xuất phát dây thần kinh vận động, cảm giác dẫn truyền thông tin não phận thể Mỗi đốt sống gồm thân đốt sống; cung đốt sống; mỏm đốt sống Các thân đốt sống đƣợc nối với đĩa đệm Đĩa đệm gồm nhân nhầy vòng sợi bao quanh Vai trò đĩa đệm giảm lực đè ép lên cột sống 3.4.2 Các bệnh lý cột sống Cột sống tạo áp lực chèn ép lên hệ thống dây thần kinh, gây tắc nghẽn truyền thông tin qua lại quan đến não ngƣợc lại Lâu ngày, triệu chứng dẫn đến bệnh lý cột sống biểu ban đầu bệnh lý thƣờng triệu chứng đau cột sống, đặc biệt vùng cột sống thắt lƣng, v ng hoạt động nhiều cột sống hay gọi lề cột sống 97 Với cấu trúc phức tạp vai trò quan trọng nêu trên, cột sống quan động đáp ứng nhu cầu ngƣời sinh hoạt, lao động vui chơi giải trí Tuy nhiên, thay đổi từ nhỏ đến lớn phận cột sống, bất thƣờng hay bất đồng tƣ thế, động tác lao động, sinh hoạt hay vui chơi giải trí ngƣời c ng ảnh hƣởng lên cột sống gây nên bất thƣờng hay bệnh lý từ đơn giản đến phức tạp cột sống nhƣ: Bệnh lý chấn thƣơng cột sống – tủy sống: Các tổn thƣơng xƣơng; Thoát vị đĩa đệm chấn thƣơng; Các tổn thƣơng dây chằng; Máu tụ màng cứng; Các tổn thƣơng tủy sống; Các tổn thƣơng phần mềm Bệnh lý thối hóa cột sống đĩa đệm: Thốt vị đĩa đệm; Thối hóa khớp khối bên; Hẹp ống sống; Dày vơi hóa dây chằng; Trƣợt đốt sống thối hóa; Biến đổi tƣ cột sống Bệnh lý khối u cột sống tủy sống: Khối u dƣới màng cứng; Khối u màng cứng; Khối u cột sống  Tổn thƣơng xƣơng Trên lớp cắt đứng dọc, MR cho phép đánh giá xác tình trạng đƣờng cong sinh lý cột sống tƣờng sau thân đốt sống có thẳng hàng hay không Những tổn thƣơng vỡ thân đốt sống thể hình gián đoạn vỏ xƣơng đặc thân đốt sống (giảm tín hiệu T1WI T2WI), thƣờng có phối hợp với xẹp thân đốt, đồng thời thấy đƣợc di lệch mảnh rời có xâm phạm vào ống sống chèn ép tủy hay khơng Hình 3.10: Chấn thƣơng cột sống cổ vỡ C5 di lệch sau, chèn ép tủy 98 Tuy nhiên mảnh xƣơng có kích thƣớc nhỏ khó thấy chụp cộng hƣởng từ CT Trật khớp khối bên C5 C6 Đứt dây chằng gian gai sau C5 C6  Thoát vị đĩa đệm Thoát vị đĩa đệm tƣợng di chuyển nhân nhầy phía ống sống lỗ ghép, qua chỗ rách vành xơ Tuổi thƣờng gặp từ 25-50, không phân biệt giới mà chủ yếu liên quan đến trình lao động sinh hoạt bệnh nhân (làm việc mang vác nặng, tập thể thao mức, tƣ lao động sinh hoạt không kéo dài ) Những ngƣời già lại gặp vị đĩa đệm, hay nói cho khơng thấy triệu chứng chèn ép thần kinh thoát vị đĩa đệm, nhân nhầy thối hóa xẹp lại nên khơng cịn khả vị Hình 3.11: Thoát vị đĩa đệm C3/C4 trung tâm bên trái gây chèn ép tủy cổ Với mặt phẳng cắt linh hoạt, thấy đƣợc ổ thoát vị đĩa đệm theo hƣớng khác nhau, giúp chẩn đốn xác loại vị mức độ thoát vị Dấu hiệu trực tiếp thoát vị đĩa đệm tổ chức nhân nhầy thoát vị qua chỗ rách vành xơ, theo hƣớng đĩa đệm Các dấu hiệu gián tiếp thoát vị đĩa đệm bao gồm: Lớp mỡ màng cứng thành trƣớc ống sống bị xóa; Chèn ép tủy rễ thần kinh; Có hình khí đĩa đệm (trống tín hiệu ảnh T1WI T2WI) Khó khăn thƣờng gặp phải chẩn đoán thoát vị đĩa đệm chụp cộng hƣởng từ không xác định đƣợc ranh giới dây chằng dọc sau, thƣờng 99 dây chằng hòa lẫn với bờ sau thân đốt sống (là xƣơng đặc giảm tín hiệu ảnh T1WI T2WI, giống nhƣ dây chằng) Hình 3.12: Thối hóa giảm tín hiệu T2WI đĩa đệm L4/L5 Ngoài ra, chụp cộng hƣởng từ cịn xác định đƣợc thối hóa đĩa đệm, thể hình giảm tín hiệu ảnh T2WI Ảnh T2WI Sagittal Axial thoát vị đĩa đệm L4/L5 thể sau bên trái, có xu hƣớng di trú xuống dƣới  Tổn thƣơng tiêu xƣơng Bệnh nhân Vƣơng Đức T mã lƣu trữ I2 1326, tổn thƣơng tiêu xƣơng thân đốt sống C7 cuống sống bên phải (m i tên), chẩn đoán giải phẫu bệnh Lyphoma nguyên phát xƣơng Trƣớc sinh thiết bệnh nhân có biểu đau cổ, hạn chế vận động tay phải Hình ảnh CHT cho thấy tổn thƣơng thân đốt sống, cuống sống lam sống bên phải, gây phá vỡ vỏ xƣơng phát triển vào khoang màng cứng phần mềm cạnh sống Hình 3.13: Kỹ thuật chụp Sagittal tổn thƣơng tiêu xƣơng C7 Sau sinh thiết khơng có biến chứng sớm, sau ngày bệnh nhân xuất liệt tứ chi từ từ tăng dần, không đủ chứng khẳng định biến chứng muộn hay tổn thƣơng u thâm nhiễm tuỷ 100  Hẹp ống sống Hẹp ống sống thối hóa cột sống thƣờng hẹp không đoạn cột sống nhiều nguyên nhân gây Kết chung thu hẹp đƣờng kính và/hoặc biến dạng thiết diện ống sống (Hình 3.14) (ảnh Sagittal đứng dọc T2WI) Hình 3.14: Hẹp ống sống cổ đoạn ngang mức C4 Có nhiều loại đƣờng kính ống sống, nhƣng quan trọng đƣờng kính trƣớc-sau, đƣợc đo đƣờng từ bờ sau thân đốt sống đến bờ trƣớc cung sau Đƣờng kính trƣớc-sau ống sống hay bị hẹp thoát vị đĩa đệm trung tâm, phì đại dây chằng vàng Trung bình, đƣờng kính vào khoảng 10mm cho cột sống cổ, 12-13mm cho cột sống thắt lƣng  U màng não Thƣờng gặp cột sống cổ cột sống lƣng, thấy cột sống thắt lƣng Khối u màng não có phần đáy rộng, tạo với thành ống sống góc tù Điều ngƣợc với khối u dƣới màng cứng khác nhƣng khơng có nguồn gốc từ màng cứng góc tiếp giáp khối u thành ống sống góc nhọn Phần đáy khối u màng não vùng cột sống hay bị vơi hóa nhƣng khó thấy cộng hƣởng từ 101 T2WI T1WI T1WI-Gado T1WI-Gado-Coronal Hình 3.15: U màng não thành bên phải cột sống cổ Trên hình ảnh CHT, khối u màng não thƣờng đồng tín hiệu với tủy sống, số trƣờng hợp tăng tín hiệu T2WI Sau tiêm thuốc đối quang từ, khối u ngấm thuốc mạnh ngấm đồng nhất, có hình “đi màng cứng” điển hình 3.5 Tiền công nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ Hiện nay, số phƣơng pháp phổ biến đƣợc áp dụng để tìm ngun nhân xác bệnh đau lƣng kể đến nhƣ: Chụp X – quang phƣơng pháp phổ thông để phát bệnh lý liên quan tới xƣơng khớp Thông qua film chụp thu đƣợc, bác sĩ đƣa kết luận, nhận định sơ tình trạng v ng lƣng bệnh nhân Tuy nhiên, phƣơng pháp chẩn đốn thƣờng khơng đƣợc khuyến khích phát đƣợc tình trạng tổn thƣơng có vùng chụp Muốn tìm ngun nhân cốt lõi, ngƣời bệnh cần thực xét nghiệm kiểm tra khác Thêm vào đó, chụp X – quang nhiều với cƣờng độ mạnh tia X vào thể gây hại cho tế bào phận khác Do với trƣờng hợp cần thiết, bác sĩ định việc chụp X – quang Chụp cắt lớp vi tính hay đƣợc biết đến với tên gọi khác chụp CT Phƣơng pháp c ng dạng phƣơng pháp chụp X – quang Với phƣơng pháp này, thay chụp phận theo dạng thẳng đứng máy CT chạy vịng theo thể trả hình ảnh cắt ngang phận đƣợc chụp Phƣơng pháp chụp CT cung cấp hình ảnh chụp chi tiết, sắc nét so với phƣơng pháp chụp X – quang thơng thƣờng Thơng qua hình ảnh thu đƣợc, 102 bác sĩ đƣa chẩn đoán nguyên nhân gây bệnh, phát kịp thời mầm bệnh hay giám sát điều trị bệnh hiệu quả… Mặc dù có nhiều ƣu điểm song hạn chế phƣơng pháp c ng khiến bệnh nhân e ngại Trong số đó, nguy nhiễm xạ hay phản ứng với vật liệu tƣơng phản điều đáng lƣu tâm Ngoài ra, với trƣờng hợp phụ nữ có thai phƣơng pháp khơng đƣợc định thực Kỹ thuật siêu âm không gây đau đớn, tổn hại sức khỏe cho bệnh nhân, có ứng dụng rộng rãi, dễ dàng tốn thiết bị hình ảnh khác khơng dùng tia xạ ion hóa Siêu âm cho thấy hình ảnh rõ ràng mơ mềm vốn thể khơng tốt hình X – quang, khơng gây vấn đề sức khỏe thực lập lập lại mức độ cần thiết Siêu âm phƣơng pháp khảo sát hình ảnh ƣa thích để chẩn đốn theo dõi phụ nữ mang thai thai nhi, cung cấp hình ảnh theo thời gian thực nên trở thành công cụ tốt để hƣớng dẫn cho thủ thuật xâm lấn tối thiểu chẳng hạn nhƣ tiêm cortisone, sinh thiết kim, dùng kim hút dịch khớp nơi khác thể Siêu âm c ng gặp khó khăn xƣơng có lỗ (chẳng hạn nhƣ khó siêu âm não ngƣời lớn), Hình ảnh siêu âm xấu nhƣ có khí đầu dị quan đƣợc khảo sát có khác biệt lớn độ kháng âm Chẳng hạn nhƣ có khí nằm đƣờng tiêu hóa làm cho việc siêu âm tụy trở nên khó khăn siêu âm phổi việc thực đƣợc; Ngay khơng có diện xƣơng khí độ xuyên thấu sóng siêu âm c ng có giới hạn dẫn đến việc muốn siêu âm cấu trúc sâu bên thể trở nên khó khăn, đặc biệt ngƣời bị béo phì So với chụp CT, X-quang, siêu âm chụp MRI có ƣu hẳn việc phát tổn thƣơng chèn ép tủy, thoát vị đĩa đệm chấn thƣơng, tổn thƣơng dây chằng, máu tụ ống sống cho phép nhìn thấy đƣợc tổn thƣơng đụng giập phù tủy chấn thƣơng, Đây yếu tố quan trọng để tiên lƣợng định điều trị tình cấp cứu chấn thƣơng bệnh lý cột sống hay bệnh lý khác, chụp MRI có khó khăn định mặt kỹ thuật nhƣ thời gian khám xét lâu, không 103 đƣợc đƣa dụng cụ trang thiết bị có chứa sắt thép vào phòng chụp, lại bị cản trở việc phải hồi sức cấp cứu bệnh nhân MRI cho phép chụp chiều khơng gian, ngồi lớp cắt ngang lớp cắt theo mặt phẳng đứng dọc sagittal đứng ngang coronal quan trọng để có đƣợc nhìn tổng thể việc đánh giá phân loại tổn thƣơng chấn thƣơng Bên cạnh đó, phối hợp chuỗi xung khác nhƣ T1W T2W mang lại nhiều thơng tin khác giúp ích cho chẩn đoán Mỗi phƣơng pháp tạo ảnh đƣợc nghiên cứu phát triển phù hợp với đối tƣợng khác nhau, t y theo đối tƣợng, tình trạng, thời gian mà bác sĩ yêu cầu thực phƣơng pháp khác Tuy nhiên đánh giá c ng số phƣơng diện khác cho nhìn khách quan ý nghĩa phƣơng pháp chụp cộng hƣởng từ so với phƣơng pháp khác - Vấn đề an toàn: Hiển nhiên MRI an toàn cả, MRI phƣơng pháp chụp không xâm lấn nghĩa không đƣa thiết bị hay chất vào thể bệnh nhân So với phƣơng pháp khác sử dụng tia X, loại xạ hạt nhân (bức xạ α β γ) sóng điện từ từ trƣờng an tồn Do bệnh nhân chụp nhiều lần mà không cần quan tâm vấn đề nhiễm xạ - Vấn đề chất lƣợng ảnh: phƣơng pháp chụp dựa nguyên lý khác với mục đích khác nhau, chất lƣợng ảnh c ng đƣợc đánh giá theo nhiều tiêu chí khác Nói chung, MRI cho ảnh rõ chi tiết so với ảnh đƣợc tạo phƣơng pháp khác cấu trúc mô mềm thể nhƣ tim, phổi, gan, thăm dò não cột sống Chỉ cần có thay đổi khoảng 1% lƣợng nƣớc phản ánh rõ ảnh MRI nhƣ xuất huyết não, viêm não, khối u não Ðặc biệt bệnh xơ cứng rải rác (multiple sclerosis) có viêm não tủy sống MRI dễ dàng phát nơi bị viêm, nặng nhẹ tác dụng điều trị đến đâu - Vấn đề thời gian: dù MRI phát bệnh xác nhƣng tốn nhiều thời gian cho lần chụp, phƣơng pháp khơng phù hợp với trƣờng hợp cấp cứu, cần kết 104 - Vấn đề giá thành chụp: thiết bị MRI thiết bị đại có giá thành cao nguồn nhân lực vận hành c ng phải chất lƣợng cao nên giá thành lần chụp tƣơng đối cao Rõ ràng trình tạo ảnh cộng hƣởng từ có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp tạo ảnh khác Do đó, tƣơng lai, cơng nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ phƣơng pháp để chẩn đốn điều trị cho ngƣời bệnh 105 KẾT LUẬN Cộng hƣởng từ đƣợc xem nhƣ cách mạng lĩnh vực chẩn đốn hình ảnh Đây phƣơng pháp có tính ứng dụng cao, có nhiều đặc tính ƣu việt có tiềm phát triển vô lớn Ngày nay, với tốc độ phát triển vƣợt bậc khoa học công nghệ đại, cộng hƣởng từ ngày trở nên phổ biến với cải tiến rõ rệt, độ phân giải tăng lên, thời gian chụp giảm xuống, nên việc tìm hiểu nghiên cứu phƣơng pháp cộng hƣởng từ việc cần thiết cấp thiết trợ giúp cho bác sỹ nhà nghiên cứu nhiều việc tìm phƣơng pháp chữa trị hiệu bệnh hiểm nghèo mà ngƣời mắc phải Luận văn giải đƣợc mục tiêu đề Các kiến thức đƣợc trình bày tảng quan trọng cho việc hiểu tiếp thu kĩ thuật cộng hƣởng từ Phần ứng dụng nêu đƣợc hƣớng tiếp cận ứng dụng cụ thể cộng hƣởng từ mà tiếp tục có đóng góp quan trọng chẩn đốn bệnh lý cột sống Trong thời gian tìm hiểu cộng hƣởng từ, em có thêm kiến thức nhiều lĩnh vực liên quan đến thiết bị Em tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác cố gắng trình bày hiểu biết cách rõ ràng, dễ hiểu nhất, với hi vọng giúp ngƣời tìm hiểu chụp cộng hƣởng từ có hình dung tổng quan phần giải đáp thắc mắc thiết bị Lĩnh vực cộng hƣởng từ hạt nhân lĩnh vực rộng Do khn khổ luận văn khó đề cập đến tất khía cạnh kĩ thuật c ng nhƣ ứng dụng vốn phong phú cộng hƣởng từ Các kỹ thuật tạo ảnh chẩn đốn nói chung cộng hƣởng từ nói riêng cịn tiếp tục phát triển mạnh mở nhiều hội không chữa trị cho bệnh nhân mà chuyên gia nghiên cứu khoa học Vì cần tìm hiểu sâu phần cứng hệ thống MRI Điều đòi hỏi tảng kiến thức điện tử thực vững vàng để nắm bắt vấn đề cách thấu đáo tìm hiểu mảng ứng dụng lớn khác MRI bao gồm: MRI tƣới máu não, MRI chụp mạch, Spectroscopy, DTI … 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Kỹ thuật chụp Cộng hưởng từ, Trần Văn Việt (2015), Nhà xuất Y học Nguyên lý kỹ thuật chụp Cộng hưởng từ, Trần Đức Quang (2008), Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Bài giảng Cơng nghệ chẩn đốn hình ảnh tạo ảnh cộng hưởng từ, Nguyễn Thu Vân, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyên lý tạo ảnh thiết bị cộng hưởng từ hạt nhận ứng dụng chụp ảnh khuếch tán Lê Minh Hòa (2007), Luận văn tốt nghiệp, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Nghiên cứu thiết bị chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân, ứng dụng chẩn đoán điều trị, Đặng Nam Thắng (2015), Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Y sinh, Đại học Bách khoa Hà Nội Nghiên cứu công nghệ tạo ảnh cộng hưởng từ ứng dụng y tế, V Mạnh Thông (2016), Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Y sinh, Đại học Bách khoa Hà Nội Sách Giải phẫu cắt lớp CT – MRI Cuốn 3: Phần chân – tay – Cột sống, Nhóm biên dịch (2016) 107 ... tài: ? ?Nghiên cứu thiết bị tạo ảnh Cộng hưởng từ ứng dụng chẩn đoán bệnh lý cột sống? ?? với mục tiêu sau:  Tìm hiểu thiết bị tạo ảnh cộng hƣởng từ  Ứng dụng công nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ chẩn đoán. .. nguyên lý hoạt động thiết bị tạo ảnh cộng hƣởng từ Ứng dụng công nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ chẩn đoán điều trị số bệnh lý cột sống Bệnh viện Châm cứu Trung ƣơng Thu thập số ảnh công hƣởng từ số bệnh. .. 3.4 Ứng dụng ảnh cộng hƣởng từ chẩn đoán bệnh lý cột sống 96 iv 3.4.1 Cấu trúc giải phẫu cột sống 96 3.4.2 Các bệnh lý cột sống 97 3.5 Tiền công nghệ tạo ảnh cộng hƣởng từ