Trường Gradient :
Trong tạo ảnh MRI, tần sớ tiến đợng của các phân tử liên hệ trực tiếp với cường đợ từ trường. Trong mợt mơi trường từ trường đờng nhất, các phân tử được kích thích bởi mợt xung RF sẽ khơng cung cấp mợt tí thơng tin nào về vị trí khơng gian của chúng. Mợt cách để xác định vị trí tín hiệu proton tại mợt vùng khơng gian là làm cho tần sớ cợng hưởng của nĩ thay đởi theo vị trí. Cơng cụ để thực hiện điều này chính là trường gradient. Về cơ bản, trường gradient là mợt từ trường nhỏ được đặt trong từ trường chính để tạo ra sự sai lệch cường đợ từ trường theo mợt hướng xác định. Trường gradient được sử dụng phở biến trong cợng hưởng từ hạt nhân là trường gradient tuyến tính mợt chiều.
Trường gradient áp dụng lên các trục x, y, z lần lượt được kí hiệu là Gx, Gy, Gz. Đợ lớn của trường gradient biến
thiên tuyến tính từ -G đến +G. Vị trí mà trường gradient bằng khơng gọi là vị trí trung tâm (isocenter). Tùy theo các phương khác nhau mà trường gradient lại cĩ tác dụng khác nhau bao gờm: chọn lớp cắt, mã hĩa pha.
Pixel, Voxel và FOV (Field Of View ):
Ảnh MRI là mợt loại ảnh 2D mà thơng tin được lấy từ mợt lớp cắt 3D. Ảnh 2D được cấu tạo từ những vi phần tử gọi là pixel. Nếu trên mợt lớp cắt cĩ đợ dày nào đĩ, vi phần từ đĩ được gọi là voxel. Trường nhìn (FOV) – thơng thường là mợt hình vuơng – là khoảng khơng gian giới hạn (cĩ thể thay đởi được) chứa đầy đủ thơng tin của vùng cần thăm khám
Chọn lớp cắt :
MRI cho phép xem hình ảnh của mợt lớp cắt bất kì tại bất cứ vị trí nào với bất cứ gĩc đợ nào. Để làm được điều này, các gradient chọn lớp cắt được sử dụng. Về cơ bản, vector gradient tạo ra các tần sớ Larmor khác nhau trên các lớp cắt khác nhau.
Nếu muớn chọn mợt lớp cắt nào đĩ, ta chỉ cần chọn tần sớ của sĩng RF trùng với tần sớ Larmor của lớp cắt cấn quan tâm. Và cĩ mợt lưu ý rằng vector gradient áp dụng phải vuơng gĩc với lớp cắt cần chọn. Bản thân Gx, Gy, Gz đều cĩ vai trị như nhau trong việc chọn lớp cắt. Các lớp cắt xiên là sự phới hợp của cả ba vector gradient trên
Sĩng RF cĩ tần sớ Larmor được bao bởi mợt sĩng mang cĩ dạng sinc(x) = (sinx)/x. Tần sớ Larmor quyết định vị trí của lớp cắt, cịn băng thơng Δf của sĩng mang cùng với cường đợ của gradient Gs quyết định đợ dày lớp cắt theo cơng thức :
Tùy vào đợ dày lớp cắt mà ta cĩ thể chọn thay đởi Gs hoặc cả hai thơng sớ Gs và Δf. Thơng thường với lớp cắt từ 3 – 10 mm thì ta hiệu chỉnh Gs. Với lớp cắt nhỏ hơn 3 mm thì giảm thêm Δf. Lớp cắt càng mỏng, Gs càng lớn. Lớp cắt càng dày thì cường đợ tín hiệu thu được càng tăng, và do đĩ tăng tỉ sớ tín hiệu trên nhiễu. Tuy nhiên khi đĩ đợ tương phản lại giảm.
Lớp cắt xiên :
Thực tế là khơng phải bợ phận nào cần chụp cũng nằm dọc theo mợt trong ba trục X, Y, Z. Điều này tạo ra mợt khái niệm về lớp cắt xiên. Khi đĩ quá trình mã hĩa khơng gian là sự kết hợp cùng lúc các trường gradient theo ba trục để tạo ra lớp cắt,
mã hĩa pha và mã hĩa tần sớ. Hình minh họa dưới đây là mợt ví dụ về lớp cắt xiên:
Mã hĩa pha và mã hĩa tần sớ :
Khi lớp cắt đã được chọn, vấn đề tiếp theo là phải làm sao phân biệt được vị trí của các voxel khác nhau trên lớp cắt đĩ. Để thực hiện điều này, trường gradient mã hĩa pha và trường gradient mã hĩa tần sớ được sử dụng. Cơ chế của hai trường gradient này hoạt đợng như sau: Sau khi kích xung RF, mọi vector spin trong lớp cắt đều tiến đợng cùng tần sớ và cùng pha. Khi gradient mã hĩa pha được sử dụng, các vector spin này bắt đầu tiến đợng với các tần sớ khác nhau tùy theo vị trí của chúng trên chiều dọc của trường gradient: những điểm ở phần âm của trường gradient sẽ tiến đợng với tần sớ bị suy giảm, cịn những điểm ở phần dương của trường gradient sẽ tiến đợng với tần sớ được tăng cường. Sau đĩ, gradient mã hĩa pha tắt đi, các vector spin lại tiến đợng với cùng tần sớ nhưng pha của chúng đã bị thay đởi. Khi thu nhận tín hiệu, gradient mã hĩa tần sớ được áp dụng với cơ chế tương tự như gradient mã hĩa pha. Kết quả của hai quá
trình mã hĩa là tín hiệu tại mỡi voxel sẽ mang mợt đặc trưng về tần sớ và pha riêng. Tuy nhiên, tín hiệu MRI thu đươc khơng phải từ những voxel riêng biệt mà là tởng của tất cả các tín hiệu trong lớp cắt đĩ.
Ví dụ về tính tốn GS, GP, Gf cho một lớp cắt :Ví dụ này sử dụng B0 = 0.95 T, tương
ứng với tần sớ Larmor của H là 40.46 MHz. Gradient chọn lớp cắt :
Ta dựa vào giả thiết lớp cắt 10 mm sử dụng Gs = 2.4 [ mT / m ] Các thơng sớ kĩ thuật:
Đợ dày lớp cắt: ST (Slice Thickness) = 4mm Sớ lớp cắt: 3
Vị trí lớp cắt: 0mm -8mm -16mm Cường đợ gradient GS cho lớp cắt 4mm: Băng thơng của sĩng RF:
Gradient chọn lớp cắt làm tần sớ dịch chuyển 1022 Hz trên mỡi 4mm. Vậy tần sớ trung tâm tại mỡi lớp cắt được tính như sau
Gradient mã hĩa pha :
Các thơng sớ kĩ thuật:
Ma trận ảnh: MA (Matrix size) = 256 x 256 FOV = 250 mm
Thời gian hiệu dụng của Gp: t = 3.88 ms Tính pha tạo ra tại điểm biên của trường nhìn
Đợ lệch pha cực đại Δφ tại điểm đang xét do hai bước mã hĩa pha liên tiếp φn và φn+1 tạo ra là π
Khi đĩ cường đợ tới đa của gradient mã hĩa pha là:
Gradient mã hĩa tần sớ :
Các thơng sớ kĩ thuật: Chuỡi xung SE
Thời gian echo ngắn nhất: TEmin (Time of Echo)= 15 ms. Băng thơng pixel: pbw (Pixel BandWidth )= 130 Hz. Ma trận ảnh: MA = 256 x 256
FOV = 250 mm.
Thời gian mã hĩa tần sớ: