Như đã đề cập trong phần trước, cường độ tín hiệu trên các ảnh khuếch tán cũng phụ thuộc vào mật độ proton, T1, T2, TR và TE. Để loại bỏ các ảnh hưởng này và đạt được hoàn toàn chỉ các thông tin khuếch tán, chúng ta có thể đưa ra các bản đồ hệ số khuếch tán. Một bản đồ khuếch tán có thể được đưa ra bằng cách kết hợp ít nhất hai ảnh khuếch tán có sự khuếch tán khác nhau nhưng vẫn đồng nhất với các thông số khác (T1, T2, TR và TE). Ví dụ, bằng cách sử dụng ảnh S0 với yếu tố b = 0 và một ảnh khuếch tán (b > 0), chúng ta có thể tính toán giá trị D cho mỗi pixel với phương trình:
Một ảnh tham số bao gồm các dữ liệu này gọi là bản đồ khuếch tán ADC. Giá trị D thu được với quá trình này sẽ phụ thuộc vào các điều kiện thực tế (ví dụ như hướng của gradient nhạy và thời gian khuếch tán Δ).
Sự khuếch tán phân tử trong một volxel cho trước thông thường được giả thiết là có một hệ số khuếch tán riêng biệt. Trong thực tế, hầu hết các mô bao gồm ngăn con. Ở các ngăn nội bào và ngoại bào có sự phân phối tương ứng khoảng 82,5% và 17,5% mô não, chúng có các giá trị ADC nội tại khác nhau trong đó sự khuếch tán ngoại bào nhanh hơn. Giá trị ADC đo được phụ thuộc vào giá trị b sử dụng (lên đến 1200 s/mm2). Dữ liệu thu với giá trị b thấp sẽ rất nhạy với thành phần khuếch tán nhanh, tức là với các thành phần ngoại bào linh hoạt. Trong các nghiên cứu Y khoa và
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM các kinh nghiệm trên động vật, sự linh hoạt của các không gian ngoại bào có thể được giải thích dựa trên các dữ liệu thu nhận được từ các mẫu khuyếch tán, thậm chí khi cả ngăn ngoại bào này rất nhỏ. Sự thay đổi của giá trị ADC có thể xem như là sự thay đổi của hệ số khuếch tán trong không gian ngoại bào (trạng thái quanh co, vòng vèo) và trong thể tích nội bào. Điều này giải thích vì sao các nghiên cứu khuếch tán được công nhận trong chẩn đoán thiếu máu não cục bộ (brain ischeamia) và động kinh.
Việc tạo ảnh khuếch tán là phương pháp định lượng. Hệ số khuếch tán là một thông số tự nhiên phản ảnh trực tiếp các đặc tính tự nhiên của mô theo hướng chuyển dịch của các phân tử một cách ngẫu nhiên. Vì vậy các hệ số khuếch tán thu được ở các thời gian khác nhau trong một bệnh nhân, hoặc trên các bệnh nhân khác nhau hay thậm chí các bệnh viện khác nhau, có thể đem so sánh mà không cần chuẩn hóa.
Bảng 6.1: Hệ số khuếch tán trong não
Loại mô Hệ số khuếch tán (x10-3
mm2/giây)
Dịch não tủy 2.94 ± 0.05
Chất xám 0.76 ± 0.03
Chất trắng
Dọc sợi trục 1.07 ± 0.06
Vuông góc với sợi trục 0.64 ± 0.05
Tuy nhiên cần chú ý rằng D phụ thuộc vào thời gian khuếch tán. Sự phụ thuộc này có thể dẫn đến đánh giá thấp về sự linh động của các phân tử nước không bị hạn chế nếu thời gian đo khuếch tán không được tính toán kĩ.
Một số hình ảnh ADC thực tế:
Ảnh ADC của bệnh nhân nam 53 tuổi, bị u nguyên bào thần kinh
(a) (b) (c) (d)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Hình 6.7a – 6.7c là hình ảnh MRI với chuỗi xung EPI, TR = 800ms, TE = 123ms, ST = 6mm theo 3 cường độ xung khuếch tán Gradient khác nhau: b = 0, 300 và 1200 s/mm2 hường theo trục X. Hình (d) là hình ADC tương ứng.
Sự phù nề mạch máu quanh khối u, dịch não tủy và thành phần hoại tử của khối u sẽ làm tăng tín hiệu trên hình ADC.
6.7. Ảnh cộng hƣởng từ khuếch tán bất đẳng hƣớng DTIi
Sự khuếch tán tự do có hệ số khuếch tán như nhau với tất cả các hướng, hay còn gọi là sự khuếch tán đẳng hướng. Nếu các phân tử nước khuếch tán trong môi trường có nhiều vách ngăn, sự khuếch tán sẽ không đồng đều hay còn gọi là khuếch tán không đẳng hướng, các vách ngăn có thể là màng tế bào, sợi trục thần kinh, bao myelin … Nhưng đối với thành phần chất trắng thì vách ngăn chủ yếu được tạo ra từ chất myelin bao bọc quanh dây thần kinh. Các bó dây thần kinh sẽ tạo ra những vách ngăn vuông góc với chiều khuếch tán và đường dẫn khuếch tán song song tạo ra chùm sợi dọc theo hướng khuếch tán. Sự tạo hình khuếch tán không đẳng hướng trong cộng hưởng từ (còn gọi là DTI hay kỹ thuật Tractography) sẽ cho thấy hình ảnh biểu thị các bó dây thần kinh.
Khác với ảnh khuếch tán DWI, ảnh khuếch tán DTI đánh giá sự khuếch tán của phân tử theo từng hướng khác nhau với các hệ số khuếch tán khác nhau tương ứng. Để tạo ra hình ảnh DTI người ta sử dụng sáu gradient hay nhiều hơn. Lúc đó gradient định hướng không chỉ dọc theo 3 trục chính, mà còn theo các trục zx, zy, xy …
Việc tạo ảnh DTI có thể được hiển thị như một khối elip có ba trục chính tạo thành hệ tọa độ trực giao. Trục chính dài nhất của hình elip khuếch tán là trục giá trị và hướng của khuếch tán lớn nhất (sự khuếch tán càng dài thì sự không đẳng hướng càng cao), trong khi trục ngắn nhất là giá trị và hướng của khuếch tán nhỏ nhất. Nếu ba trục bằng nhau, thì sự khuếch tán là đẳng hướng và elip khuếch tán sẽ trở thành dạng hình cầu.
i DTI: Diffusion Tensor Imaging
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Như đã nói ở trên, DTI được sử dụng để mô tả
các mô có cấu trúc tạo ra khuếch tán không đẳng hướng của phân tử nước, đặc biệt trong bó sợi chất trắng, nơi được đặc biệt quan tâm trong đột quỵ và ung thư. Thông tin này được xử lý mã hóa tạo ra các bản đồ màu của bó sợi thần kinh. Thông thường màu đỏ hiển thị theo trục X, từ phải qua trái hay ngược lại, màu xanh lá cây hiển thi theo trục Y từ sau ra trước hoặc ngược lại, màu xanh biển hiển thi cho trục Z, từ chân đến đầu hoặc từ đầu đến chân.
Dữ liệu của ảnh DTI còn có thể được sử dụng để dựng ảnh các bó sợi chất trắngi
. Kĩ thuật này sử dụng trục chính của DTI để tính toán độ dài của các sợi chất trắng. Trong DTI, cường độ biểu diễn giá trị của sự không đẳng hướng, trong đó giá trị không đẳng hướng càng lớn thì hình ảnh càng trắng. Các hướng khác nhau của khuếch tán như đã nói ở phần trên được mã hóa theo màu. Hình ảnh sợi trong DTI có thể sử dụng thay thế hay kết hợp với tạo ảnh MRI chức năng (fMRIii) để cung cấp các công cụ cho việc phân tích đặc điểm giải phẫu và chức năng của não.
6.8. Ứng dụng chụp hình khuếch tán MRI lên một số bệnh lý não 6.8.1. Tóm tắt một số bệnh lý não: 6.8.1. Tóm tắt một số bệnh lý não:
Bệnh lý não bao gồm: Dị dạng bẩm sinh Bệnh lý mạch máu não U não và các khối giống u
Tổn thương nhiễm trùng Bất thường chất trắng Bệnh lý thoái hóa.
i Còn gọi là ảnh Tractography
ii fMRI: functional MRI
Hình 6.9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
A. Bệnh lý mạch máu não
Xuất huyết trong sọ: Do dị dạng mạch máu não và túi phình, Do u tăng sinh và kén
Chấn thương sọ não
Túi phình mạch máu trong sọ
Dị dạng mạch máu trong sọ, dị dạng tĩnh mạch
Đột quị: Xơ vữa động mạch, nhũn não – thiếu máu não, hẹp - tắc nghẽn động mạch không do xơ vữa (bất thường bẩm sinh, viêm mạch, bệnh lý mạch máu), tắc nghẽn tĩnh mạch
B. U não và các khối giống U:
Phân loại theo mô học có: U nguyên phát và U di căn Phân loại theo tuổi và vị trí giải phẫu đặc trưng:
o U nguyên phát ở trẻ em / U nguyên phát ở người lớn
o 7 vùng giải phẫu đặc trưng: 1) Vùng tuyến tùng 2) Trong não thất 3) Vùng góc cầu tiểu não 4) Vùng lỗ chẩm 5) Vùng trong và trên yên 6) Vùng nền sọ và xoang hang 7) Ở da đầu, ở vòm sọ và màng não
C. Nhiễm trùng não:
Nhiễm trùng bẩm sinh, sơ sinh
Viêm màng não: cấp do vi trùng sinh mủ, mãn tính
Nhiễm trùng mô não do vi trùng sinh mủ: viêm não, áp-xe. Viêm não: HIV, viêm não hậu nhiễm
Nhiễm lao, nấm - nhiễm ký sinh trùng
D. Rối loạn chuyển hóa, bệnh lý chất trắng, bệnh lý thoái hóa do di truyền
Rối loạn ảnh hưởng nguyên phát đến chất trắng Rối loạn ảnh hưởng nguyên phát đến chất xám Rối loạn ảnh hưởng đến cả chất trắng và xám Rối loạn của nhân xám trung ương
E. Rối loạn chuyển hóa, Bênh lý chất trắng, Bênh lý thoái hóa do mắc phải
Rối loạn thoái hóa thần kinh chất trắng: nhiễm virus, hậu nhiễm virus, hủy myelin do nhiễm độc, chấn thương, bệnh lý mạch máu
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Rối loạn thoái hóa thần kinh chất xám: Alzheimer và các mất trí do vỏ não khác, rối loạn ngoại tháp và các mất trí do dưới vỏ, Parkinson, các thoái hóa vận động và tiểu não
6.8.2. Các bất thƣờng có thể thấy trên khảo sát MRI thƣờng quy
Bất thường tín hiệu (của não, màng não, dịch não tủy) Hiệu ứng choáng chỗ (ổ, vùng, lan tỏa, lan tỏa toàn thể) Biến dạng / bóp méo cấu trúc giải phẫu bình thường Mất thể tích não (ổ, vùng, lan tỏa)
Tăng quang bất thường (trong mạch/ ngoài mạch)
Bất thường dòng chảy (động mạch, tĩnh mạch, xoang, dịch não tủy) Đầu nước (tắc nghẽn / có thông thương ...)
6.8.3. Các dấu hiệu của U não trên MRI
Hiệu ứng choáng chỗ (trong trục / ngoài trục)
Bất thường về cấu trúc, tín hiệu / đậm độ (có thể rất ít) Phá vỡ hàng rào máu não (bắt thuốc bất thường) Tăng sinh mạch máu
Có tăng trưởng (hầu hết là ác tính)
Ghi nhận tất cả các đặc điểm hình ảnh học đó, kết hợp với các thông tin lâm sàng để đưa ra các chẩn đoán phân biệt. Các thông tin lâm sàng cần chú ý gồm:
Diễn tiến bệnh cấp tính/ bán cấp/ mãn tính/ tiến triển Tuổi, tiền sử du lịch, vùng dịch tễ
Mối liên quan giữa lâm sàng và bệnh học
6.8.4. Ứng dụng chụp hình khuếch tán MRI lên một số bệnh lý não:
Nhồi máu cấu
Phân biệt các nhồi máu cấp và bán cấp U và viêm
A. Nhồi máu cấp
Trong 6 giờ sau khi xảy ra đột quỵ, các dấu hiệu trên ảnh CT của chứng thiếu máu cục bộ lên não rất không rõ rệt. Còn trong các ảnh MR thông thường, các dấu
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM hiệu hình thái học (được tạo ra bởi sự sưng phồng của mô) của chứng nghẽn mạch cấp có thể được tìm thấy tới 50%. Tuy nhiên, các tín hiệu khác thường lại khó nhận biết. Với tạo ảnh khuếch tán trên các vùng xảy ra chứng nghẽn mạch cấp, các vùng chỉ định sẽ cho những kết quả chẩn đoán rõ ràng.
Như ta đã biết, sự ngưng đột ngột của dòng máu não tạo sự đột quỵ nhanh chóng (tính theo phút) của quá trình trao đổi năng lượng và các ion. Điều này tạo ra một sự dịch chuyển của nước từ ngoại bào vào trong ngăn nội bào và tạo ra một vùng có cường độ tín hiệu cao trên các hình ảnh khuếch tán. Do đó tạo ảnh khuếch tán là kĩ thuật tốt nhất để kiểm tra lại một chẩn đoán đột quỵ trong thời điểm hiện tại để điều trị với phương pháp thích hợp. Giá trị của tạo ảnh MR tưới máu và khuếch tán trong các quyết định điều trị bệnh nhân vẫn chưa được nghiên cứu hết.
Các hình ảnh minh họa:
Hình ảnh MRI của bệnh nhân nam 77 tuổi, bị đột quỵ cấp trước khi chụp MRI tử 3 đến 4 giờ:
(a) (b) (c)
Hình 6.11
Hình (a) là ảnh T2 với chuỗi xung TSE, TR = 5000ms, TE = 128ms, ST = 6mm, ET = 23, FOV = 230x512
Hình (b) là ảnh IR với chuỗi xung FLAIR, TR = 6000ms, TE = 105ms, TI = 2200ms, độ dày lớp cắt 6mm, FOV = 182x256.
Ảnh T2 cũng như FLAIR không thể đưa ra một kết luận nào cho bệnh nhân. Hình (c) là hình DWI trên xung EPI, TR = 800ms, TE = 123ms, ST = 6mm. Phần tăng tín hiệu tập trung ở vùng chất trắng dưới vỏ não và chèn lên võ não ở phía bên vách thùy não phải, chỉ cho thấy tồn tại sự nhồi máu cấp (theo mũi tên).
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM Hình ảnh MRI của bệnh nhân nam 64 tuổi bị đột quỵ cấp khoảng 4 giờ trước khi chụp, đang bị liệt bán thân bên phải.
(a) (b) (c) (d)
Hình 6.12
Hình (a), (b) là ảnh T2-axial, với chuỗi xung TSE, TR = 5000ms, TE = 128ms, ST = 6mm, ET = 23, FOV = 230x256. Ảnh (a), (b) trên các nhát cắt khác nhau không thể lý giải được vì sao bệnh nhân liệt toàn thân bên phải
Hình (c), (d) là ảnh DWI theo trục z trên cơ sở chuỗi xung EPI, TR = 800ms, TR = 123ms, ST = 6mm. Ta có thể thấy vùng tăng tín hiệu tập trung bởi một nang phía bên trái não chứng tỏ sự nhồi máu dạng bán cấp.
B. Phân biệt nhồi máu cấp và bán cấp
Sau khi xảy ra nghẽn mạch cấp từ 5 đến 10 ngày, các giá trị suy giảm (trung bình khoảng 50%) của giá trị hệ số khuếch tán (ADC) sẽ tăng trên mức trung bình. Trên các hình ảnh khuếch tán, điều này được mô tả bởi một “bước nhảy vọt” từ vùng thương tổn có cường độ tín hiệu cao thành vùng thương tổn có cương độ tín hiệu thấp. Trên các bản đồ ADC, vùng thương tổn có cường độ tín hiệu thấp và do đó trở nên đáng chú ý. Điều này rất có ích trong các trường hợp sau:
Bệnh nhân có nhiều vùng thương tổn (nghẽn mạch), khi đó, tạo ảnh T2 thường không thể phân biệt vùng thương tổn cấp tính và vùng thương tổn cũ.
Hay một sự mở rộng của vùng thương tổn hiện tại cũng thường rất khó xác định với các ảnh T2.
Các hình ảnh minh họa
Bệnh nhân 74 tuổi có tiền sử nhồi máu cấp, bị đột quỵ tái diễn trước khi chụp MRI 3 ngày:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
(a) (b) (c) (d)
Hình 6.13
Hình (a), (b) là hình T2-axial dùng chuỗi xung SE, TR = 5000ms, TE = 128ms, ST = 6mm, ET = 23, FOV = 230x512. Các hình ảnh T2 nói trên không thể giúp chúng ta phân biệt giữa một tổn thương cấp tính và một tổn thương cũ.
Hỉnh (c), (d) là hình DWI lấy theo trục Z trên cơ sở xung multishot EPI, TR = 800ms, TE = 123ms, ST = 6mm, ET = 23, FOV = 230x512. Trên hình DWI cho thấy nhồi máu vừa xảy ra.
C. Các khối u
Như ta đã biết, sự khác nhau của các hệ số khuếch tán (ADC) và sự khuếch tán không đẳng hướng cho phép sự phân biệt giữa vùng chất trắng thông thường và các khối u nang, u rắn hay vùng máu đọng. Theo kinh nghiệm, tạo ảnh khuếch tán không có nhiều giá trị trong việc phân biệt khối u và vùng phù nề. Nhưng quan trọng hơn, sự xâm lấn khối u của chất trắng và phù nề có thể tìm thấy khi mà tất cả kỹ thuật MR thông thường không thể giải quyết được. Các biểu hiện của U hạt viêm và các áp xe trên các hình ảnh khuếch tán rất có tác dụng trong việc chẩn đoán phân biệt với các khối U hoại tử.
Trong một trường hợp đa u hạt chất nhầy ở một bệnh nhân có hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải, tổn thương đã xuất hiện với cường độ tín hiệu cao trên ảnh khuếch tán với những giá trị của ADC trong khoảng 0.39. Trong một trường hợp của áp xe do nhiễm liên cầu khuẩn, cường độ tín hiệu thậm chí còn cao hơn, chỉ với một giá trị ADC rất thấp 0.29. Các biểu hiện này giúp chẩn đoán phân biệt giữa khối U nguyên bào thần kinh đệm hoại tử với khối U dạng áp xe.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
Các hình ảnh minh họa:
Hình ảnh MRI của một người đàn ông 60 tuổi với khối U đa hạt:
(a) (b) (c) (d)
Hình 6.14
Hình 7.14(a) là ảnh TSE-T2, hình (b) là ảnh SE-T1, hình (c) là ảnh khuếch tán EPI (800/123) với 5 lần thu dữ liệu – SL = 6mm, hình (d) là bản đồ ADC tương ứng chỉ ra các vùng có cường độ tín hiệu cao, đồng nhất với các chẩn đoán về khối U.