Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)

Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)

1.2.1. Lịch sử phát triển của kĩ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân

Chụp cộng hưởng từ là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu quả và phổ biến trên thế giới. Ngày nay, MRI được sử dụng để kiểm tra gần như mọi cơ quan trong cơ thể. Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị trong việc chụp ảnh chi tiết não hoặc dây cột sống. Kể từ khi MRI mang lại những hình ảnh 3 chiều, bác sĩ có thể nắm được thông tin về địa điểm thương tổn. Những thông tin như vậy rất có giá trị trước khi phẫu thuật chẳng hạn như tiểu phẫu não. 

Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được Felix Block và Edward Puroel phát hiện vào năm 1946, cộng hưởng từ được ứng dụng rộng rãi từ năm 1950. Năm 1952, hai nhà vật lý Felix Block và Edward Puroell được trao giải Nobel Vật lý nhờ sự phát hiện và ứng dụng cộng hưởng từ. Năm 1980, chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên trên thế giới được đưa vào hoạt động để tạo ảnh cơ thể người. Năm 1987, MRI được ứng dụng trong chẩn đoán các bệnh lý tim mạch bằng kỹ thuật cardiac MRI. Năm 1993, ứng dụng MRI để chẩn đoán các bệnh lý não, thần kinh. Ngày nay, kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ (MRI) đã trở thành phổ biến trong y học chẩn đoán hình ảnh trên thế giới cũng như tại các bệnh viện lớn của Việt Nam.



Hình 7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ chẩn đoán ung thư

1.2.2. Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)

• 
  Từ tính của hạt nhân nguyên tử
  

Khi không có tác dụng của từ trường ngoài, các proton quay quanh trục của nó với hướng các trục quay hoàn toàn ngẫu nhiên. Khi đó, từ trường của chúng sẽ triệt tiêu nhau làm từ trường tổng số bằng zero.

Khi có tác động của từ trường ngoài, ký hiệu là B₀, các proton sẽ chịu tác động của từ trường ngoài và định hướng lại trục quay của mình theo hướng từ trường ngoài B₀, một số có trục quay cùng chiều với chiều của B₀, một số lại có trục quay ngược chiều với B₀. Thực tế đo đạc cho thấy, với một triệu proton trong cơ thể, số lượng proton cùng chiều với B₀ chỉ nhiều hơn một hoặc hai so với các proton ngược chiều. Sự khác biệt rất nhỏ này được gọi là độ từ hóa thực M₀, từ trường cơ sở để tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ. Độ từ hóa thực tăng lên khi cường độ từ trường B₀ tăng, có nghĩa là tín hiệu cộng hưởng từ tỉ lệ thuận với độ lớn của B₀[1, 3, 12].

• 
  Tần số cộng hưởng
  

f = γB

B là cường độ từ trường

γ là hằng số Larmor (42,58MHZ/T)[3, 12]

• 
  Hiện tượng cộng hưởng từ
  

Lúc này, nếu phát một sóng radio (xung RF-xung kích thích) quay quanh trục z với tần số cộng hưởng γB₀, tạo một từ trường B1 vuông góc vơi B₀ với cùng tần số cộng hưởng γB₀ của các proton. Như vậy với các proton, B1 là từ trương tĩnh. Dưới tác dụng của từ trường B₁ trong một khoản thời gian nhất định, vector M₀ thay đổi và lệch khỏi trục z một góc α (góc lật). Giá trị của α phụ thuộc vào độ lớn của B₁ và thời gian phát xung. Khi α bằng 90^o, độ từ hóa thực sẽ bị lật ngang vào mặt phẳng xy và lúc này độ từ hóa thực trở thành độ từ hóa ngang. Độ từ hóa ngang quay quoanh trục z làm xuất hiện một sóng radio có thể đo được, đó chính là tín hiệu cộng hưởng từ.

Khi tắt xung kích thích RF, độ từ hóa ngang giảm dần rồi mất hẳn kéo theo tín hiệu cộng hưởng từ cũng giản dần rồi mất hẳn. Khoảng thời gian này gọi là T2. Trên thực tế, người ta coi T2 là khoảng thời gian tín hiệu mất khoảng 63% độ lớn so với ban đầu. Đồng thời với quá trình hồi dãn ngang, lúc này, khi đã tắt xung RF thì dưới tác dụng của từ trường duy nhất B₀, các proton tương tác với từ trường dẫn đến khôi phục lại độ từ hóa dọc M₀ ban đầu. Khoảng thời gian này gọ là T1. T1 được xem như khoảng thời gian cần thiết để độ từ hóa dọc khôi phục lại 63% độ lớn M₀ ban đầu của nó [1, 3].

• 
  Các nguyên lí tương phản trong kĩ thuật chụp cộng hưởng từ
  

• 
  Độ tương phản ảnh.
  

Để có được đủ dữ liệu cho một hình ảnh cộng hưởng từ, chúng ta cần phải phát xung kích thích nhiều lần, tương ứng với nhiều lần đo tín hiệu. Khoảng cách thời gian giữa hai lần phát xung kích thích được gọi là thời kích TR. Khoảng cách thời gian từ lúc phát xung kích thích đến lúc thực hiện đo tín hiệu được gọi là thời vang TE. Ngoài thời kích TR và thời vang TE, người ta có thể sử dụng một góc lật α nhỏ hơn 90^o với mục đích chỉ làm lật một phần vector từ hóa dọc thành vector từ hóa ngang đủ tạo ra một lượng tín hiệu cần thiết, giảm bớt thời gian khôi phục hoàn toàn vector từ hóa dọc [3].

• 
  Nguyên lí chụp T1,T2.
  

Trong nguyên lí chụp trọng T1 (còn gọi tắt là chụp T1), người ta dùng một thời kích TR ngắn để bộc lộ sự khác biệt cường độ tín hiệu của các mô có thời gian T1 khác nhau: mô có T1 ngắn hầu như đã khôi phục hoàn toàn độ từ hóa dọc, cho ra độ từ hóa ngang ở lần kích thích tiếp theo khá lớn, trong khi đó mô có T1 dài chỉ khôi phục được một phần độ từ hóa dọc nên độ từ hóa ngang tương ứng ở lần kích thích tiếp theo sẽ nhỏ. Khi đó, nếu đo tín hiệu tại một thời điểm khá ngắn sau khi phát xung kích thích (thời vang TE ngắn), tín hiệu của mô có T1 ngắn sẽ cao (màu trắng) còn tín hiệu của mô có T1 dài sẽ thấp (màu đen). Cụ thể là dịch (nước) sẽ có màu đen, mỡ màu trắng nhất và các mô mềm màu xám [3].

Trong nguyên lí chụp trọng T2 (còn gọi tắt là chụp T2), người ta tận dụng sự khác biệt thời gian T2 giữa các mô, nghĩa là tốc độ suy giảm tín hiệu: mô có T2 càng ngắn, tấc độ suy giảm càng nhanh. Trước tiên người ta dùng thời kích TR đủ dài để độ từ hóa dọc của các mô đều khôi phục hoàn toàn, cho ra độ từ hóa ngang tốt nhất có thể khi có xung kích thích. Sau khi phát xung kích thích, ta đo tín hiệu tại một thời điểm khá dài sau đó (thời vang TE dài). Lúc này các mô có thời gian T2 ngắn hầu như đã mất hết tín hiệu, các mô có thời gian T2 dài chỉ mất một phần tín hiệu cho ra hình trọng T2, trong đó mô có T2 dài sẽ có tín hiệu cao (màu trắng) còn mô có T2 ngắn sẽ có tín hiệu thấp (màu đen). Cụ thể là nước sẽ có màu trắng nhất, các mô mềm có màu xám, các mô có tín hiệu suy giảm cực nhanh (T2 cực ngắn) như vỏ xương thì rất đen[3].

1.2.3. Ưu điểm của chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)

- MRI giúp cho các bác sĩ đánh giá được các chức năng hoạt động cũng như cấu trúc của nhiều cơ quan nội tạng trong cơ thể.

- Sự chi tiết làm cho MRI trở thành công cụ vô giá trong chẩn đoán thời kì đầu và trong việc đánh giá các khối u trong cơ thể.

- Tạo ảnh bằng MRI không gây tác dụng phụ như trong tạo ảnh bằng chụp X quang thường quy và chụp CT.

- MRI cho phép dò ra các điểm bất thường ẩn sau các lớp xương mà các phương pháp tạo ảnh khác khó có thể nhận ra.

- MRI có thể cung cấp nhanh và chuẩn xác so với tia X trong việc chẩn đoán các bệnh về tim mạch.