M C LC
2. 1T ng quan vc ngh ngt và hình nh lai hóa PET/MRI:
3.6 Công ngh mi trong kh it siêu dn
3.6.2 Zero helium boil-off technology: Công ngh không bay hi helium
Hình 3.42 Cơng ngh zero helium boil-off [1]
ây là công ngh làm l nh 4K, s khác bi t so v i công ngh c tr c đây 10K là đã có s c i ti n v m t công ngh đ i v i đ u làm l nh coldhead và cách thi t k khi l p đ t nó vào trong kh i t siêu d n. Khi thay th đ u làm l nh 10K ch c n thay th ph n pittông g bên trong coldhead trong đi u ki n h th ng có t tr ng cao mà v n đ m b o an tồn, cịn coldhead 4K khi thay th ph i h t tr ng v 0 vì nó thơng tr c ti p v i b n helium l ng, nguy c x y ra hi n t ng x t kh n c p n u không th c hi n đúng quy trình ramp down (h t ).
70
Ngồi ra cơng ngh 10K có h n ch là l ng helium bay h i trong su t quá trình v n hành máy, ch đ u t ph i n p b sung 500 lít helium l ng m i n m (~ 500 tri u vnđ), đi u này r t t n kém. Công ngh 4K giúp kh c ph c đ c nh c đi m này, helium s không bay h i trong su t vòng đ i c a máy n u b o qu n theo đúng khuy n cáo c a nhà s n xu t.
Hình 3.43 Coldhead 10K [1]
71 3.6.3 Công ngh c a t ng lai High-V MRI
High-V (high value) ngh a là mô t giá tr cao mà lo i hình nh MRI m i này mang l i, tên g i c a nó c ng nh m m c đích ch ng l i nh ng đ nh ki n ph bi n đ i v i các dòng máy t tr ng nh h n 1.5T trong quá kh . High-V là s k t h p c a các c i ti n s hóa trong l nh v c thu nh n và tái t o hình nh đ c áp d ng đ n h th ng t tr ng 0.55T. MRI High-V có th đ t đ c ch n đốn t ng đ ng giá tr c a MRI 1.5T trong ch n đoán th ng quy. Tuy nhiên High-V mang l i giá tr cao trong hình nh ph i và c y ghép. V i công ngh m i, High-V v t tr i h n b t k MRI t tr ng th p nào tr c đây.
Hình 3.45 Cơng ngh HIGH-V MRI [1]
S d ng công ngh TIM 4G, thi t b đ c trang b 24 kênh đ c l p, thu nh n đ ng th i tín hi u trong m t FOV. Ngoài ra các cu n thu v i cách thi t k m i: nh , linh ho t, gi ng cái ch n đ t o s th a mái cho b nh nhân, cu n thu đ u c có th nghiêng v i các góc 90 khác nhau, jack c m tr t và g n r t thu n ti n.
72 V công ngh kh i t :
Hình 3.47 Kh i t siêu d n HIGH-V [1]
Công ngh Magnet này đ c đ t tên là OR132, là magnet khơ, ngh a là khơng có hi n t ng các cu n dây siêu d n ngâm trong b n helium l ng. B n thân kh i t siêu d n đ c gi bên trong l p chân không, và đ c làm mát thông qua các c u n i nhi t đ n 1 bình helium nh 0.7L đ c thi t k bên trong kh i t .
Bình giãn áp ch u đ c áp l c 10 bar khi có hi n t ng Quench Magnet (x t ) x y ra, 0.7L helium l ng s hóa h i hồn tồn (t ng ng 490L helium khí). van an tồn x m c 10.6 bar. H th ng làm l nh coldhead ho t đ ng liên t c, s đ a nhi t đ kh i t gi m d n v nhi t đ siêu d n (4k), khi các thông s kh i t n m trong d i cho phép, h th ng s t đ ng đ a dòng đi n vào đ ramp up magnet lên t tr ng 0.55T nh ban đ u, quá trình này di n ra trong vòng 24h.
Chi u dài kh i t là 1470mm, vùng đ ng nh t t hình elip là 50x50x45 cm3 (X,Y,Z), đ ng kính tâm kh i t sau khi l p Gradient coil, system body coil là 800mm, h th ng này khơng có ng Quench vì s khơng có helium thốt ra ngồi khi hi n t ng Quench (x t ) x y ra. Magnet c ng đ c trang b đ y đ các cu n dây: Active shielding, external interference screen (EIS) coils, fixed current lead (FCL), 4K coldhead, ph i ti n hành chêm t th đ ng khi ti n hành l p máy m i đ
73
đ t đ c đ ng nh t t t i môi tr ng đ t máy, n p và h t tr ng là ch c n ng hoàn toàn t đ ng v i kh i MPSU (magnet power supply unit) tích h p s n trong h th ng.
Hình 3.48 S đ b trí cu n dây HIGH-V [1]
OR132 có đ m nh t tr ng là 0.5543T (23.6 Mhz), dòng đi n 390A, th i gian n p ho c x t là 40 phút + 90 phút làm gi m nhi t đ FCL. Kh i l ng Magnet là 1600 kg.
Quá trình n p/x dòng đi n: (Ramp up và ramp down)
Q trình này di n ra hồn tồn t đ ng, sau khi l p đ t h th ng MRI hoàn ch nh ph n c khí, thao tác ti p theo s là:
-Truy c p vào giao di n service trên máy tính ch p: Seso/Diagnose/ Magnet&Cooling/ Magnet Ramp setup/ Enable auto ramp to up / save. Lúc này h th ng s ti n hành ki m tra các thông s kh i t và s ramp up magnet.
74
Hình 3.49 Ramp up magnet OR132 [1]
-Sau khi n p t thành cơng, tr ng thái Magnet s nh hình nh, Magnet status: “Field”
Hình 3.50 Magnet OR132 at field [1]
-Quá trình Ramp down c ng g n nh v y, truy c p vào giao di n service trên máy tính ch p: Seso/Diagnose/Magnet & Cooling/ Magnet ramp setup/ Ramp down to zero / Yes.
75
Hình 3.51 Ramp Down Magnet OR132 [1]
-Sau khi ramp down thành công, tr ng thái magnet nh hình nh, Magnet status: “No Field”
Hình 3.52 Magnet OR132 at zero field [1]
Nh v y so v i công ngh hi n t i, xu h ng c ng h ng t t ng lai mang tính t đ ng hồn tồn, ng i k thu t khơng c n ph i chu n b quá nhi u d ng c chuyên d ng, m t vài ngày đ th c hi n xong m t quy trình thay th linh ki n liên quan đ n n p/x t tr ng, c ng không hao h t helium l ng và r t an tồn, ti t ki m chi phí r t nhi u.
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