Tạo ảnh bằng cộng hưởng từ
Nguyên lý làm cơ sở cho sự tạo hình của máy rất phức tạp, có thể trình bày tóm tắt như sau: Nguyên tử hyđro có rất nhiều trong các mô ở cơ thể con người, hạt nhân nguyên tử này chỉ có một proton. Khi những proton của những nguyên tử hydro của các mô được đặt trong một từ trường có cường độ lớn và được cung cấp năng lượng dưới dạng những sóng có tần số radio (rađiofréquence) thì khi ngừng cung cấp những sóng đó, hệ thống sẽ hồi trả lại năng lượng và các proton sẽ phát ra các tín hiệu. Các tín hiệu này được các bộ phận tinh vi trong máy và máy vi tính xử lý để biến thành hình ảnh.
Để có thể hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy một cách chi tiết hơn, có những điều ta cần phải biết như sau:
1. Hai đám proton và hiện tượng hấp thụ cộng hưởng
Những proton của hạt nhân nguyên tử hydro lúc nào cũng quay nhanh chung quanh trục của nó gọi là quay hạt nhân (spin nucléaire) và được thể hiện bằng một mômen động (moment cinéque). Điện tích dương của proron do sự quay quanh trục của nó sẽ hình thành một kim nam châm nhỏ và tạo nên một từ trường nhỏ, được biểu thị bằng một vectơ mômen từ. Tuy nhiên do chuyển động nhiệt (agitation thermire) của các nguyên tử nên các mômen từ cơ bản (moment magnétique) này có các chiều và hướng khác nhau và luôn luôn thay đổi, tổng hợp (ressultante) của chúng bằng không.
Khi được đặt trong một từ trường Bo có cường độ lớn từ 0,33 Tesla đến 2 Tesla (1 Tesla = 10.000 gauss) (từ trường của trái đất khoảng 0,5 gaus) thì những proton của hydro dưới tác dụng của Bo xếp hàng theo trục của Bo và có một chuyển động thứ hai nữa, ngoài chuyển động quay quanh trục của nó, gọi là chuyển động tiến động (mouvement de précession), vẽ nên một hình nón, có trục song song với trục của từ trường lớn Bo.
Khi đặt trong từ trường lớn Bo, người ta thấy có hai đám proton khác nhau: một đám gọi là đám năng lượng thấp song song (paralèle) với Bo và một đám gọi là đám năng lượng cao đối song (antoparalèle) với Bo. Đám thứ nhất hơi nhiều hơn chút ít so với đám thứ hai và tổng hợp những mômen từ cơ bản của hai đám trên là Mo cùng chiều với Bo.
Hiệu số năng lượng D E giữa hai đám proton này xác định mức độ từ hoá của mô và tỷ lệ thuận với cường độ của Bo và thay đổi theo tuỳ từng mô: DE = aBo.
Tốc độ wo của chuyển động tiến động phụ thuộc vào cường độ của từ trường Bo và tỷ số từ quay (rapport gyromanétique) của hạt nhân. Tỷ số từ quay lại phụ thuộc vào tỷ lệ giữa môment động mà mômen từ của proton hydro.
Tần số F của chuyển động tiến động là một hàm số của tốc độ góc:
Như vậy: 
F được gọi là tần số Larmor, biểu thị bằng Herrtz
Khi những sóng tần số radio được sử dụng để tác động vào mômen tổng hợp Mo, tức là lúc cung cấp năng lượng cho hệ thống thì ta có thể làm Mo lệch ra khỏi của nó. Đó là hiện tượng hấp thụ cộng hưởng (absorption resonante).
 |
Hình 1.5. A. Các Proton khi chưa có từ trường Bo; B Sự xếp hàng của các Proton hydro trong từ trường Bo. Mo là tổng hợp của những mômen từ; C. Chuyển động tiến động của các Proton nămg lượng thấp (a) và năng lương cao (b).
Hình 1.6. Cung cấp năng lượng bằng sóng tần số radio: Mo bị lệch ra khỏi trục cũ (hấp thụ cộng hưởng từ).
|
Năng lượng được đưa vào hệ thống phải đáp ứng hai điều kiện cơ bản sau đây:
- Nó phải được cung cấp bởi một từ trường B1 quay quanh Bo với một tốc độ góc tiến động wo của proton hydro. Từ trường B1 do một máy phát ra sóng tần số radio được đặt trong một mặt phẳng thẳng góc với Bo. Tần số sóng mà máy phát ra phải bằng tần số của chuyển động tiến động Larmor. Điều kiện này rất cần thiết để duy trì hiện tượng cộng hưởng.
- Lượng năng lượng được cung cấp cho hệ thống phải thật chính xác vì nó quyết định độ lệch của Mo.
- ở trạng thái nghỉ (không có kích thích của sóng tần số radio), Mo có thành phần dọc (composante longgitudinale) cực đại và thành phần ngang (composante transversale) bằng không.
- Khi năng lượng được cung cấp bằng DE, hai đám proton năng lượng thấp và cao cân bằng nhau thì thành phần dọc của Mo biến mất, thành phần ngang của Mo được hình thành và vectơ Mo lệch đi một góc 90 độ so với Bo.
- Khi năng lượng được cung cấp nhỏ hơn DE, đám proton năng lượng thấp giảm đi nhưng vẫn còn trội hơn đám năng lượng cao. Vectơ Mo có vị tró trung gian, lệch một góc nhỏ hơn 90 độ.
- Khi năng lượng được cung cấp cho hệ thống bằng 2DE, đám proton có năng lượng cao trội hơn và thành phần dọc của Mo ở vị trí có chiều ngược chiều với Bo. Vectơ Mo lệch đi một góc 180 độ.
A B
Hình 1.7. A. Nghỉ không bị kích thích; B Năng lượng cung cấp bằng ΔE.
A B
Hình 1.8. A Năng lượng cung cấp nhỏ hơn ΔE; B Năng lượng cung cấp bằng 2ΔE.
|
Những chuyển động lệch đi của vetơ Mo trên thực tế rất phức tạp. Là vì, dưới tác động phối hợp của những từ trường Bo và B1 mômen từ tổng hợp Mo xa dần Bo và vẽ nên một đường xoắn ốc nội tiếp trong một hình cầu.
Nếu ngừng kích thích hệ thống bằng sóng tần số radio thì từ trường B1 không còn nữa. Mômen tổng hợp Mo lại quay trở lại trục cũ trong khi hệ thống hoàn trả lại năng lượng đã nhận được.
Cuộn bobine phát nhận (bobine émettrice - réceptrice) được dùng để phát ra sóng tần số radio gây ra từ trường B1 (cũng được dùng để thu nhận lại năng lượng hoàn trả dưới dạng sóng tần số radio do Mo trở lại trục cũ.
Hình 1.9. Chuyển động của đầu vectơ Mo khi chịu tác dụng của hai từ trường Bo và B1.
|
 |
Hình 1.10. Tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân phát hiện được ở những đầu cuộn bôbine được gọi là tín hiệu của tiến động tự do (signal de pr écessiolibre: free introduction decay-FID). Đố là một đường hình sin có tần số và biên độ tỷ lệ thuận với thành phần ngang của Mo.
Sự hoàn trả năng lượng tương ứng với sự thư giãn (relaxation) của Mo thể hiện bằng hai cách:
- Giải phóng năng lượng vào môi trường bên ngoài (tức là các mô) đó là sự thư giãn quay mạng lưới (relaxation spin réseau).
- Trao đổi năng lượng giữa những proton ở trong cùng một hệ thống mà không truyền năng lượng ra bên ngoài: đó là sự thư giãn quay quay (relaxation spin spin).
2. ý nghĩa của thời gian thư giãn T1, T2 và mật độ của proton
Lập một trục quy chiếu theo Bo và một mặt phẳng quy chiếu thẳng góc với trục đó, lúc nào ta cũng có thể có được góc lệch của Mo và hình chiếu dọc, hình chiếu ngang của nó.
 |
Hình 1.11. Lập một trục quy chiếu theo Bo và một mặt phẳng quy chiếu thẳng góc với trục đó, lúc nào ta cũng có thể có được góc lệch của Mo và hình chiếu dọc, hình chiếu ngang của nó.
Thời gian thư giãn T1: Khi có tác động của sóng tần số radio dẫn đến mômen từ Mo nằm trong mặt phẳng thẳng góc với Bo, lúc đó thành phần dọc của Mo bằng không. Khi ngừng kích thích bằng sóng tần số đó, thành phần dọc tiến dần trở lại tối đa, với một tốc độ lúc đầu nhanh rồi sau chậm dần. Ta có thể vẽ được đường cong tiến dần trở lại của thành phần dọc theo thời gian.
 |
Hình 1.12. Thời gian thư giãn T1.
Thời gian thư giãn T1 của một mô là thời gian mà thành phần dọc của mômen tổng hợp Mo lấy lại được 63% giá trị ban đầu. Tuy nhiên nếu tốc độ vẫn giữ được không thay đổi từ đầu đến cuối thì thời gian T1 là thời gian mà vectơ Mo lấy lại được 100% giá trị thành phần dọc.
Tất cả các mô đều có giá trị T1 khác nhau và như vậy đường cong thư giãn dọc theo khác nhau. Nếu sự tiến trở lại của thành phần dọc của Mo càng nhanh bao nhiêu thì giá trị T1 của mô càng ngắn bấy nhiêu. Với các mô, T1 có giá trị từ 500 đến 2000ms.
Thời gian thư giãn T1: có liên quan đến mạng lưới tức là các mô trong đó các proton bị kích thích. T1 cho biết khả năng của các proton bị kích thích thu hồi lại năng lượng nên còn gọi là thời gian thư giãn hay quay lưới (relaxation spin reseau) hay thư giãn dọc (relaxation longitudinale). Khi khả năng đó cao, T1 ngắn và cho tín hiệu cao (hypersignal) thê rhiện bằng tín hiệu trắng (ví dụ như tổ chức mỡ). Ngược lại, khả năng đó thấp, T1 sẽ dài và cho tín hiệu thấp (hyposignal) thể hiện trên ảnh bằng hình đen (dịch, nước tiểu, dịch não tuỷ…). Các chất như nhu mô của lách, tuỵ, gan hoặc cơ có T1 trung gian sẽ cho tín hiệu có cường độ ở giữa hai loại trên (signal intermédiaire) và thể hiện trên ảnh bằng hình xám.
Thời gian thư giãn T2: Sau khi ngắt kích thích bằng sóng tần số radio, thành phần ngang của Mo giảm dần tiến tới triệt tiêu. Ta có thể vẽ được đường cong biểu diễn sự biến diễn đó, đó là đường cong dạng hàm số mũ được gọi là đường thư giãn ngang theo T2. Trị số T2 của một mô là thời gian mà thành phần ngang của mômen tổng hợp Mo giảm tới mức 37% của trị số ban đầu. Nếu tốc độ của sự thư giãn giữ được không đổi từ đầu đến cuối thì T2 cũng là thời gian mà Mo đã mất toàn bộ thành phần ngang. Với các mô, T2 có giá trị từ 50 đến 150m.
 |
Hình 1.13. Thời gian thư giãn T2.
T2 là hậu quả của sự tác động qua lại giữa các proton ở cạnh nhau. Mỗi proton như một nam châm nhỏ, nó gây hỗn loạn (perturber) nhiều hay ít các proton bên cạnh nên T2 còn được gọi là thời gian thư giãn ngang (relaxation transversale). Khi việc gây hỗn loạn ở một mô có hậu quả lớn thì T2 ngắn, thể hiện bằng tín hiệu thấp và cho ảnh hình đen (mỡ). Ngược lại, ở mô sự hỗn loạn trên có hậu quả nhỏ thì T2 dài, thể hiện bằng tín hiệu cao và có hình trắng trên ảnh (chất dịch, các mô bệnh…). Các nhu mô của gan, tuỵ, lách… có T2 trung bình thể hiện bằng các tín hiệu trung gian và cho hình xám trên ảnh.
Mật độ của proton thể hiện số lượng của proton trong một đơn vị thể tích. Nó đóng một vai trò quan trọng đối với vỏ xương và không khí là nơi mật độ nguyên tử hydro rất thấp. Còn đối với các mô khác của cơ thể thì sự khác biệt về mật độ khác nhau khi ta dùng tham số này trong quá trình tạo ảnh, trừ ở não người ta có thể phân biệt được chất trắng và chất xám.
Ngoài ra về mặt kỹ thuật ta cũng cần biết thêm hai thuật ngữ nữa trong quá trình tìm hiểu về tạo ảnh bằng cộng hưởng từ hạt nhân. Đó là:
- TR: thời gian nhắc lại (temps de répétition), thời gian giữa hai lần kích thích bằng sóng radio.
TE: thời gian hồi âm (temps d'écho), thời gian giữa kích thích và thu hồi tín hiệu.
So sánh tóm tắt T1 và T2:
T1 ngắn
|
T1 trung gian
|
T1 dài
|
Tín hiệu cao
|
Tín hiệu trung bình
|
Tín hiệu thấp
|
ảnh trắng
|
ảnh xám (nhu mô)
|
ảnh đen (dịch)
|
T2 ngắn
|
T2 trung gian
|
T2 dài
|
Tín hiệu thấp
|
Tín hiệu trung bình
|
Tín hiệu cao
|
ảnh đen (mỡ)
|
ảnh xám (nhu mô)
|
ảnh trắng (dịch)
|
Ngoài hai xung cơ bản T1 và T2, ngày nay nhờ những tiến bộ kỹ thuật nhiều chuỗi xung chuyên biệt khác được áp dụng giúp cho sự tạo ảnh cộng hưởng từ có nhiều ưu thế trong chẩn đoán. ví dụ: chuỗi xung T2*, các chuỗi xung đảo/thu hồi (séquences avec inversion/récupration), các chuỗi xung mạch máu thời gian bay (séquences angio temps de vol) v.v. Cũng chính vì vậy mà ngoài các kỹ thuật tạo ảnh thông thường, nhiều kỹ thuật cộng hưởng từ chuyên sâu được ra đời như cộng hưởng từ mạch máu, cộng hưởng từ phổ, cộng hưởng từ chức năng.
Tóm lại tạo ảnh bằng cộng hưởng từ là kỹ thuật tạo ảnh y học hiện đại có nhiều ưu điểm. Nó có hai đặc điểm cơ bản: đó là kỹ thuật sử dụng nhiều chiều (multidimensionnele) và nhiều tham số (multiparametrique): T1 và T2, mật độ proton... (không như X quang, Scaner chỉ sử dụng một tham số là sự hấp thụ của tia X). Cho tới nay hình ảnh của kỹ thuật tạo ảnh này vẫn đứng hàng đầu so với các kỹ thuật khác.
3. Chỉ định và chống chỉ định của cộng hưởng từ
Chụp cộng hưởng từ được áp dụng rất rộng rãi trong các bệnh lý của hệ thống thần kinh (sọ não, cột sống), bệnh lý khớp, bệnh lý các cơ quan trong ổ bụng và sau phúc mạc, bệnh lý tim và mạch máu.
Chống chỉ định: cho đến nay các nghiên cứu cho thấy với cường độ từ trường sử dụng trong chẩn đoán hiện nay không gây các nguy cơ sinh học cũng như biến đổi gen. Các chống chỉ định bắt buộc được thực hiện khi: bệnh nhân có máy tạo nhịp tim, máy kích thích thần kinh-giác quan (thính lực, tủy…), bơm tiêm có thành phần kim loại hay điện tử, các kẹp phẫu thuật trong não, các van tim có bi kim loại. Tuy những năm gần đây các van tim có bi kim loại và kẹp phẫu thuật có sắt từ không còn được sử dụng nữa, nhưng trên thực tế khi thực hiện chụp công hưởng từ cho các bệnh nhân có các thiết bị trên cũng phải thận trọng. Nhưng bệnh nhân có dị vật kim loại trong hố mắt hoặc nằm sát các mạch máu.. cũng thuộc đối tượng chống chỉ định bắt buộc. Các chống chỉ định tương đối: các dị vật kim loại nằm gần trường thăm khám có thể gây nhiễu ảnh; bệnh nhân không hợp tác; phụ nữ mang thai có thể chụp cộng hưởng từ nhưng không được tiêm gadolinium.
(Sưu tầm từ internet)
-- NGUYỄN ĐÌNH SƠN
Phòng kinh doanh Công ty Great Asia - Chuyên cung cấp thiết bị và vật tư y tế.
Điện thoại: 0977300246
Email: son.0977300246@gmail.com, son@greatasia.com.vn
Web: www.greatasia.com.vn
Địa chỉ: 78 đường 17 - KDC Bình Phú - Q6 - HCM
Nhận xét
Đăng nhận xét