Công ngh MRI 7T Siemens

Một phần của tài liệu Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống chụp cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa pet (Trang 97)

M C LC

2. 1T ng quan vc ngh ngt và hình nh lai hóa PET/MRI:

3.7 Công ngh MRI 7T Siemens

3.7.1 MRI 7T: S chuy n d ch t MRI nghiên c u sang l nh v c y t

H u nh t t c th m khám c n lâm sàng MRI đ c th c hi n máy MRI 1.5T và 3T. Tuy nhiên, k t cu i nh ng n m 1990, nhi u nghiên c u ng i đã đ c th c hi n máy t tr ng cao h n 3T và đ n 2017 h th ng MRI 7T đ u tiên đ c th ng m i hóa cho hình nh th n kinh và c x ng kh p (MSK). Ngoài ra, các h

76

th ng MRI 8T, 9.4T, và MRI toàn thân 10.5T, 11.7T đ ch p trên ng i đang đ c nghiên c u v i k v ng s cung c p nh ng c h i r t h a h n trong nghiên c u MRI trong t ng lai.

T tr ng cao h n c a 7T mang l i t l tín hi u trên nhi u SNR (signal to noise ratio) cao h n, chuy n thành đ phân gi i không gian và quang ph cao h n, cho phép hình dung các chi ti t gi i ph u ch a t ng th y tr c đây. Ví d : nó gi i quy t các c u trúc não mà cho đ n nay v n ch a hình dung tr c ti p v i MRI, tín hi u cao h n đ c cung c p b i 7T t ng c ng đánh giá t i máu, khuy t tán, MRA, c ng h ng t ch c n ng nh hình nh quang ph và đa h t nhân đ đánh giá quá trình trao đ i ch t mô, t bào, c th nh sau:

+ phân gi i không gian và th i gian cao cho phép phân bi t đ c các c u trúc r t nh : S phân đ nh siêu m n gi a ch t xám và ch t tr ng; ng m ch n i s siêu m n; C u trúc vi mô và các chi ti t gi i ph u, ví d nh các t nh m ch v não.

+ T l tín hi u trên nhi u SNR cao (1.65 c a 1.5T so v i 2.1 c a 7T)

+T l t ng ph n trên nhi u CNR cao: s t o ra t ng ph n trong MRI th ng d a trên s t ng tác gi a spin h t nhân và môi tr ng bi n đ i c a chúng. T1, T2… s khác nhau khi t ng B0

+T tr ng cao h n cung c p đ nh y cao h n, h u ích cho m t s chu i xung r t nh y c m v i nh ng thay đ i nh t tr ng khu v c nh là SWI (susceptibility weighted imaging) dùng đ phân bi t calci và máu. Chu i xung SWI đ c ng d ng đ làm rõ các m ch máu nh và các t nh m ch trong não, phân bi t vùng xu t huy t và vùng calci hóa. Ngồi ra, cịn h u ích cho hình nh c ng h ng t ch c n ng fMR, l p b n đ đ nh l ng đ nh y QSM (quantitative susceptibility mapping). Tuy nhiên, trong các ng d ng khác, th c t này có th d n đ n t ng nhi u nh gi bao g m bi n d ng hình h c và nh ng tín hi u b đi trong hình nh.

+ i v i hình nh có tr ng s khuy t tán (DWI_diffusion weighted imaging) thì SNR cao UHF c ng mang l i kh n ng t ng đ phân gi i cao. Tuy nhiên vi c t ng B0, t tr ng khơng đ ng nh t c a sóng RF, th i gian h i giãn T2 ng n h n, t

77

l h p th n ng l ng sóng RF cao h n (SAR_specific absorption rate) là nh ng thách th c c n gi i quy t UHF (ultra high field).

+Trong các ng d ng quang ph , c ng đ t tr ng cao h n d n đ n s phân tách l n h n c a các t n s c ng h ng trong ph MRI.

+ H tr hình nh lên đ n 10 h t nhân nguyên t (2H, 23Na, 31P, 13C, 19F, 17O, 39K …). Nhìn chung đi m m nh c a ph ng pháp X-nuclei MRI này là có th cung c p thơng tin mà MRI Proton thông th ng khơng th có đ c (ví d : cung c p thông tin chi ti t v ch t n n n ng l ng và đ pH, cân b ng ion,..), tuy nhiên đ nh y và n ng đ th p là nh ng thách th c đ i v i c ng h ng t ph MRS (MRI Spectroscopy), d n đ n th i gian đo dài, đ phân gi i không gian th p.

Hình 3.53 T n s c ng h ng c a m t s nguyên t t i 1T [34]

Không gi ng nh MRS Proton, các ng d ng h t nhân X cho đ n nay v n ch a đ c thi t l p trên lâm sàng c ng đ t tr ng thông th ng 1.5T và 3T, cịn t tr ng 7T thì m i ch trong nghiên c u, m c tiêu h ng t i là thu đ c hình nh quang ph 31P cho tồn b c th khơng bao g m đ u và hình nh 23Na c a đ u 7T.

78

Phosphorous (31P) là m t h t nhân spin ½, MRS c a nó cho phép phát hi n các ch t n n n ng l ng nh phosphocreatine (PCr), adenosine triphosphate (ATP), adenosine diphosphate và phosphate vô c (Pi). Ngoài ra s c ng h ng c a phosphocholine, phosphoethanolamine, glycerophosphocholine và glycerophosphoethanolamine cung c p thông tin chi ti t v màng t bào và ty th . Do đó, thơng tin có giá tr v n ng l ng và chuy n hóa màng có th thu đ c t ph 31P. H n n a, giá tr PH tuy t đ i có th đ c tính tốn t kho ng cách gi a c ng h ng PCr và c ng h ng Pi trong ph 31P, cho phép l p b n đ giá tr PH.

Tóm l i các ng d ng MRI 31P t i UHF đ i di n cho m t ph ng pháp r t h a h n có th cung c p nh ng hi u bi t m i v sinh lý h c trong t ng lai.

23Na là m t h t nhân spin 3/2 th hi n tín hi u MRI cao th hai trong c th con ng i trong s các h t nhân có th phát hi n đ c MRI. Do SNR t ng tuy n tính v i B0 nên ti m n ng c a MRI 23Na t ng lên đáng k . Natri đóng m t vai trò quan tr ng trong nhi u quá trình sinh lý nh duy trì cân b ng n i mơi c a t bào, truy n đi n th ho t đ ng, đi u ch nh đ PH, th tích máu, huy t áp. các t bào kh e m nh d b kích thích, n ng đ c a ion Natri trong không gian n i bào là 5-15 mmol/L và trong không gian ngo i bào là 140-150 mmol/L, Gradient n ng đ này đ c duy trì. Do đó, s suy gi m chuy n hóa n ng l ng và phá v tính tồn v n c a màng t bào s nh h ng đ n gradient n ng đ , do v y xác đ nh n ng đ 23Na MRI có th cung c p thông tin v tr ng thái mơ.

Hình nh c ng h ng t c a 39K và 35Cl cung c p cái nhìn sâu s c v s cân b ng ion ng i, hai h t nhân này có cùng đi m chung v i 23Na là có spin h t nhân 3/2 và tr i qua t ng tác t c c nên th i gian h i giãn và đ nh y còn th p h n c 23Na. MRI UHF đi tiên phong v i các ng d ng đ u tiên trong não và c đ c ti n hành trên nh ng ng i tình nguy n (đi n sinh lý tim, ….)

17O, 13C, 19F có th đ c s d ng làm ch t đánh d u đ theo dõi các con đ ng trao đ i ch t vì s phong phú t nhiên và n ng đ c a chúng th p. Khi d li u MRI 17O thu đ c trong khi hít khí 17O đ c làm giàu, nh ng d li u đ ng này cho phép hi u rõ h n v s luân chuy n oxy trong não, t c đ tiêu th oxy c a quá trình trao

79

đ i ch t não có th đ c xác đ nh trong các mô khác nhau nh ch t xám, ch t tr ng, mô kh i u. Do đó, MRI 17O là m t k thu t nghiên c u đ y h a h n đ kh o sát tr c ti p q trình chuy n hóa Oxy não.

13C là thành ph n c a h u h t t t c các phân t có liên quan đ n hóa sinh, và do l ng t nhiên th p nên nó có th đ c s d ng đ theo dõi các con đ ng trao đ i ch t. Nhìn chung quá trình tách h t nhân là m t thách th c vì nó u c u truy n t n s 1H trong khi nh n tín hi u NMR r t th p t n s 13C đòi h i ph n c ng đ c t i u hóa và thích ng cao, tuy nhiên tính kh thi c a v n đ này đã đ c th nghi m thành công trên ng i MRI 7T (MRS 13C khơng xâm l n có th h tr ch n đoán b nh d tr glycogen ho c theo dõi li u pháp).

19F có các đ c tính NMR có th so sánh v i proton, nên đ nh y t ng đ i là 83% so v i 1H, tuy nhiên l ng 19F trong ng i là r t th p, nên các h p ch t ngo i sinh đ c flo hóa có th đ c s d ng nh m t ch t đánh d u mang l i đ đ c hi u cao. Và b i vì flo có t n s c ng h ng cao t ng t nh 1H nên ph n c ng và k thu t thu nh n cho MRI 19F ng i c n đ c đi u ch nh đ v t qua nh ng thách th c nh không đ ng nh t trong đ ng truy n.

Nói chung MRS 1H và MRSI đ c h ng l i t SNR t ng, đ phân tán t n s l n h n và gi m kh n ng ghép n i trong h th ng spin liên k t m nh. Do đó, các ch t chuy n hóa khác nhau có th đ c phát hi n, phân bi t và đ nh l ng chính xác h n. Tuy nhiên, tính khơng đ ng nh t B0, B1+, B1-, SAR t i UHF đ a ra nh ng thách th c và đòi h i các k thu t thu nh n và ph n c ng m i.

+ L p b n đ ho t đ ng c a t bào th n kinh trong não ng i có th đ c th c hi n thông qua fMR. Theo tiêu chu n, hi u ng BOLD (ph thu c vào m c oxy trong máu) đ c s d ng cho m c đích này, khai thác th c t r ng Oxyhemoglobin (heloglobin đ c oxy hóa) là ngh ch t , trong khi deoxyhemoglobin (hemoglobin đ c kh oxy) là thu n t . T ng tiêu th oxy đ c bù đ p quá m c do t ng l u l ng máu não, k t qu là nhi u oxyhemoglobin hi n di n h n trong q trình kích ho t, đi u này gây ra ít nhi u lo n tr ng c m ng trong t tr ng c c b h n, d n đ n gi m s kh spin. Do đó, tín hi u trong các vùng não đ c kích ho t cao h n

80

trong các hình nh MRI có tr ng s T2* và T2. H n n a, đ phân gi i không gian 3T đ c gi i h n kho ng 2 mm3 , trong khi 7T có th đ t đ c d i 1 mm3, do đó UHF fMR cho phép c i thi n vi c l p b n đ ho t đ ng c a t bào th n kinh trong v não, ti u não, c u trúc d i v .

+V i c ng đ t tr ng ngày càng t ng, và do đó t ng t n s c ng h ng, b c sóng kích thích RF 1H ng i ti m c n v i kích th c c a đ u, thân gây ra hi u ng sóng đ ng. i v i các ng d ng MRI 1H kho ng 300 MHZ (~ 7T) ho c cao h n có th x y ra s không đ ng nh t m nh trong tr ng truy n (B1+) và tr ng nh n (B1-) có th d n đ n h y hình nh MRI, làm suy gi m đ t ng ph n và các vùng đ nh trong phân b SAR. Chính vì th các cu n dây phát và thu cho t ng b ph n c th đ c thi t k đ c l p nhau. ng th i đ đ i phó v i nh ng thách th c c a tr ng RF không đ ng nh t và cho phép ch p MRI 1H nh ng vùng c th l n h n thì ph n c ng và k thu t kích thích đã đ c phát tri n thêm trong nh ng th p k qua, s d ng cu n phát RF nhi u ph n t coil và nhi u kênh truy n. V i m c tiêu t o ra t tr ng đ ng nh t B1+, m t m ng các ph n t coil trong cu n dây phát tín hi u s đ c đi u khi n b i m t d ng sóng RF duy nh t và các pha trong các ph n t coil đ c đi u ch nh đ c l p. K thu t này là b c đ u tiên đ c i thi n tính đ ng nh t c a tr ng B1+ và nó đ t đ c s kích thích đ ng nh t các vùng nh c n quan tâm (ROI) nh tuy n ti n li t ho c m t vùng não c th . Trong các ROI l n h n, s d ng b sung ph ng pháp thu nh n xen k theo th i gian, d li u thu đ c s đ c h p nh t và m t hình nh đ c t o l i v i các bi n th t ng ph n gi m.

K thu t truy n đ ng hay truy n đ y đ song song pTx khai thác biên đ và pha c a nhi u kênh truy n làm b c t do b sung đ t i u hóa phân b tr ng B1+ ho c đ đi u ch nh t hóa spin trong vùng th m khám ROI. i v i pTx, th ng khơng ch t t c hình d ng xung RF đ c t i u hóa riêng l cho t ng ph n t cu n dây phát, mà c qu đ o Gradient c ng đ c t i u hóa. Ngồi ra k thu t pTx yêu c u b n đ tr ng 2 chi u (2D) ho c 3 chi u (3D) B1+ c a t ng kênh riêng l , là đi u ki n tiên quy t đ xác đ nh hình d ng xung và qu đ o Gradient. Tuy nhiên,

81

các b c chu n b cho pTx v n t n nhi u th i gian và ch có th th c hi n ch đ nghiên c u.

+K thu t k t h p pTx và kích thích đ ng th i nhi u lát c t (t m t s lát gi i h n trong q trình nín th ) đ gi m s không đ ng nh t v đ t ng ph n, trong khi cho phép bao ph lát c t l n h n trong MRI tim 7T.

+Hình nh MRI UHF có SNR và CNR cao nên h n ch đ c vi c s d ng thu c t ng ph n t (ch n đoán viêm màng ho t d ch b nh nhân viêm kh p d ng th p, ….) và có kh n ng cho phép phát hi n các b nh lý nh có th b b sót c ng đ t tr ng th p h n trong các ch n đoán b ng, tuy n ti n li t, h ch b ch huy t vùng ch u…..

Trong t ng lai, s gia t ng h n n a c ng đ t tr ng s nâng cao n ng l c nghiên c u lâm sàng và ch c ch n s d n đ n nh ng ti n b đáng k trong các k thu t MRI này. Thách th c đây là k thu t thi t k và ch t o kh i t siêu d n t tr ng cao, h p kim Niobium và titanium ch đ c s d ng cho MRI lên đ n t tr ng 11.7T. M t nam châm siêu d n 14T s ph i k t h p ít nh t m t s v t li u siêu d n Niobium-thi c, ho c nhi t đ cao h n 4K v i các thơng s và tính n ng siêu d n v t tr i. Nh ng v t li u này đ t h n, khó s n xu t h n Niobium-titanium. Vì v y, vi c s n xu t ra kh i t siêu d n t tr ng cao là thách th c c v kinh t , k thu t. Tuy nhiên, các nghiên c u thi t k s b ch ra r ng, do hi u su t v t li u cao h n s c n ít dây siêu d n h n so v i Niobium-titanium, do đó giá thành và kích th c c a nam châm s không t ng quá nhi u.

Cu i cùng, gi i h n v c ng đ t tr ng đ i v i MRI c a con ng i s đ c thi t l p b i các cân nh c sinh lý h c, không ph i k thu t. Các nghiên c u trên ng i lên đ n 10.5T cho đ n nay đã không phát hi n ra b t k tác đ ng sinh lý nghiêm tr ng ho c v nh vi n nào liên quan đ n t tr ng, t c là khơng có tác đ ng nh n th c đáng k ho c t ng huy t áp ho c nh p tim. Nghiên c u trên chu t cho th y có nh ng tác đ ng đáng k đ n h th ng ti n đình khi đ t vào t tr ng 14T và t c đ th tích dịng ch y trong đ ng m ch ch có th gi m 10% 15T.

82

Hình 3.54 Ví d v so sánh hình nh 7T và 3T [1]

K t lu n: M c dù UHF MRI đã đ c nghiên c u m nh m trong h n hai th p k , nh ng v n còn m t s thách th c đáng k . C p bách nh t hi n nay là nhu c u

Một phần của tài liệu Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống chụp cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa pet (Trang 97)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(168 trang)