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