5. Các bước thực hiện
3.1. Lịch sử ra đời và quá trình phát triển của máy cộng hưởng từ
3.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CỘNG HƯỞNG TỪ HƯỞNG TỪ
MRI magnetic resonance imaging : tạo ảnh cộng hưởng từ là kỹ thuật tạo ảnh được sử dụng thường xuyên trong y tế, tạo ra ảnh có chất lượng cao trên cơ thể người (đặc biệt hữu dụng trong tạo ảnh mô mềm, cho hình ảnh có độ tương phản cao). MRI thay thế và đôi khi còn vượt trội hơn so với chụp cắt lớp điện toán (CT ) [5]. Sau đây là bảng so sánh giữa MRI và một vài phương pháp tạo ảnh chức năng thông dụng khác
Bảng 3.1: So sánh các phương pháp tạo ảnh chức năng
Kỹ thuật Độ phân giải Thế mạnh Hạn chế
SPECT 10 mm - Có thể sử dụng - Giá thành thấp
- Có xâm lấn
- Độ phân giải bị giới hạn
PET 5 mm
- Rất nhạy
- Độ phân giải tốt
- Nghiên cứu được chuyển hóa
- Có xâm lấn - Rất đắt tiền
EEG -
- Giá thành rất thấp
- Giám sát khi hoạt động và cả khi ngủ
- Không phải là một kỹ thuật tạo ảnh
MEG 5 mm - Độ phân giải thời gian cao
- Rất đắt tiền
- Độ phân giải bị giới hạn đối với các cấu trúc sâu
FMRI 3 mm - Cho độ phân giải rất tốt - Không xâm lấn - Đắt tiền - Giới hạn trong một số các nghiên cứu. MRS thấp - Không xâm lấn
- Nghiên cứu các chuyển hóa
- Đắt tiền
- Độ phân giải thấp
MRI có cải tiến đặc biệt trong việc không sử dụng các bức xạ ion hóa, có độ phân giải ảnh mô mềm cao và có sự phân biệt giữa các mặt phẳng tạo ảnh. MRI dựa trên nguyên lý cơ bản là sự cộng hưởng từ hạt nhân ( Nuclear Magnetic Resonance – NMR ), kĩ thuật tạo phổ được sử dụng để tạo ra các trạng thái lý hóa của phân tử, được các nhà khoa học sử dụng nhằm thu được các thông tin về thế giới vật chất vi mô của các phân tử. MRI cũng sử dụng kĩ thuật ảnh cắt lớp, tạo ra ảnh của các tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân trong các lớp cắt mỏng qua cơ thể bệnh nhân. Ảnh cộng hưởng từ dựa trên sự hấp thụ và bức xạ năng lượng trong băng tần sóng vô tuyến
Lịch sử phát triển của kĩ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ được thống kê trong bảng sau :
Bảng 3.2: Lược đồ phát triển của kỹ thuật MRI [4]
1946 MR phenomenon – Bloch & Purcell 1952 Nobel Prize – Bloch & Purcell 1950
NMR được phát triển như một công cụ phân tích
1960 1970
1972 Computerized Tomography 1973 Backprojection MRI – Lauterbur 1975 Fourier Imaging – Ernst
1977 Echo-planar imaging – Mansfield 1980 FT MRI demonstrated – Edelstein 1986 Gradient Echo Imaging
NMR Microscope
1987 MR Angiography – Dumoulin 1991 Nobel Prize – Ernst
1992 Functional MRI
1994 Hyperpolarized 129Xe Imaging
2003 Nobel Prize – Lauterbur & Mansfield
Isidor Rabi, một nhà vật lý người Mĩ đã tiến hành các thí nghiệm về cộng hưởng từ hạt nhân cuối những năm 1930. Đến năm 1944, ông được nhận giải Nobel về các thành công trong việc tìm ra phương thức cộng hưởng từ của chùm nguyên tử và phân tử
Thành công đầu tiên về các thí nghiệm tạo ảnh cộng hưởng từ vào năm 1946 tại Mĩ do 2 nhà khoa học nghiên cứu độc lập. Felix Bloch tại đại học Stanford và Edward Purcell tại đại học Harvard đã tìm ra khi hạt nhân chiếm chỗ trong trường điện từ, chúng sẽ hấp thụ năng lượng trong dải tần số vô tuyến của phổ điện từ, và sẽ tái bức xạ
năng lượng này khi chuyển về trạng thái ban đầu. Hai ông được nhận giải Nobel năm 1952
Cường độ từ trường và tần số phù hợp cũng nhanh chóng được tìm ra bởi ngài Joseph Larmor
1950-1970 MRI được phát triển sử dụng trong phân tích tính chất vật lý và hóa học của phân tử
Năm 1971, Raymond Damadian đã chỉ ra rằng các thời gian hồi phục từ hạt nhân của các mô bình thường với các khối u là khác nhau, điều này đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân để phát hiện bệnh tật.
1973 trên cơ sở của chùm tia X, Hounsfielt giới thiệu máy cắt lớp điện toán (CT). Nhưng do chi phí để tạo ảnh của máy CT là rất cao nên các nhà khoa học thực nghiệm bắt đầu quan tâm đến cộng hưởng từ vì mục đích chữa bệnh. Paul Lauterhar đã thí nghiệm tạo ảnh cộng hưởng từ đầu tiên trong một ống thử thí nghiệm nhỏ. Ông sử dụng kỹ thuật Backprojection(chiếu lại qua tái dựng) tương tự như kỹ thuật tái dựng hình ảnh được sử dụng trong kỹ thuật CT (cắt lớp vi tính)
1975 Richard Ernst đưa ra ảnh cộng hưởng từ sử dụng mã hóa pha và tần số áp dụng biến đổi Fuorier. Đây chính là kĩ thuật cơ bản trong tạo ảnh cộng hưởng từ ngày nay
1977 Raymond Damadian thí nghiệm tạo ảnh cộng hưởng từ mới gọi là cộng hưởng từ hạt nhân trường tập trung, cùng năm đó, Perter Mansfield phát triển kĩ thuật kỹ thuật tạo ảnh dội lại hai chiều EPI (echo-planar imaging). Kĩ thuật này phát triển nhanh trong các năm tiếp theo để tạo ra các ảnh có tỉ lệ video (30 ms/ảnh )
Năm 1980 Edelstein và các đồng nghiệp chứng minh ảnh của cơ thể sử dụng kĩ thuật Ernst có thể tạo ảnh đơn trong thời gian 5 phút
1986 thời gian tạo ảnh giảm xuống còn 5s mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh và độ phân giải ảnh đã là 10 γs/1cm mẫu thử
1987 EPI được sử dụng trong tạo ảnh thời gian thực. Cùng năm Charles Dumoielin đã hoàn thành kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ mạch máu MRA (Magnetic Resonance Angiography) cho phép tạo ảnh dòng máu mà không cần dùng chất phản quang
1991 Richard Ernst nhận giải Nobel hóa học vì đã sử dụng thành công phép biến đổi Fuorier xung trong cộng hưởng từ hạt nhân và tạo ảnh cộng hưởng từ
1992 tạo ảnh cộng hưởng từ chức năng được phát triển, kĩ thuật cho phép tạo bản đồ các vùng chức năng ở các bộ phận khác nhau của não. Sự phát triển này của cộng hưởng từ đã tạo ra ứng dụng mới của kĩ thuật EPI trong tạo ảnh các vùng của não với các thao tác điều khiển tự động
1994 Nghiên cứu tại đại học bang New York tại Stony Brook và đại học Princeton chứng minh vai trò của khí 129 Xe khi tạo ảnh trong quá trình hô hấp
2003 có khoảng 10000 máy cộng hưởng từ trên toàn thế giới và xấp xỉ 75 triệu ảnh cộng hưởng từ/ năm được thực hiện [10].