Chương 1: PHAN MO DAU 1.1 Cơ sở khoa hoc và thực tiễn của dé tài Ảnh cộng hưởng từ gọi tắt là MRI (Magnetic Resonnace Imaging) là một trong những kỹ thuật chân đoán hình ảnh tiên tiễn nhất hiện nay. Đây là phương pháp đưa cơ thể vào vùng từ trường mạnh để đồng hóa chiều moment từ của các nguyên tử, dac biệt nguyên tử hydro trong các phan tử nước cua cơ thể và sử dụng ang ten thu phat sóng radio tan số thấp để kích thích một cách phù hop tại các đối tượng được quan tâm, và tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ được thu nhận lại bang chính các ang ten đó, truyền về trung tâm xử lý tín hiệu và tái tạo thành hình ảnh cấu trúc của các co quan, bộ phận trong cơ thé cần khảo sát. Những hình ảnh thu nhận bang phương pháp cộng hưởng từ cung cấp nhiều thông tin có giá trị đặc trưng mà các phương pháp khác không thực hiện được trong việc chân đoán và điều trị bệnh. Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được I.
Rabi phát hiện năm 1938 (giải Nobel Vật lý 1944) và được F. Purcell phát triển cho các chất khác nhau vào năm 1946 (giải Nobel Vật ly 1952). Từ đó, phương pháp cộng hưởng từ được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực hóa phân tích (R.Ersnt — giải Nobel Hóa học 1991). Năm 1977, chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên trên thế giới do R.
Damadian chế tạo được đưa vào hoạt động để tạo ảnh cơ thể người. Năm 1987, MRI được ứng dụng trong chan đoán các bệnh lý tim mạch băng kỹ thuật cardiac MRI. Năm 1993, ứng dung MRI dé chan đoán các bệnh lý não thần kinh. Ngày nay, kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ (MRI) đã trở thành phố biến trong y học chan đoán hình ảnh trên thé giới cũng như tại các bệnh viện lớn của Việt nam.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các hãng sản xuất đã tích hop nhiéu hé thong chan đoán lại với nhau (hybrid) như PET/MRI, SPECT/MRI nhăm tận dụng lợi thế của cả chân đoán chức năng và cau trúc giải phẫu. Với sự phát triển các kỹ thuật điện tử và kỹ thuật số hiện đại, so với thiết bị MRI thường quy trước đây, các thiết bị MRI ngày nay đã bố sung nhiều nhiều chức năng tiên tiến đa dạng như đồng bộ chức năng tim, tái tạo ảnh đa chiều thời gian thực, kỹ thuật phố cộng hưởng từ. làm cho máy MRI không chỉ cho hình ảnh giải phẫu mà còn biểu diễn hình ảnh chức năng. Nguyên lý các chức năng mới thường khá phức tạp nên các nguồn tải liệu phô bién thường không dé cập đến, tạo sự bất cập cho kỹ thuật viên vận hành lẫn người quan tâm ứng dụng như bác sĩ, chuyên viên kỹ thuật hình ảnh y học.
Do vậy việc khảo sát các chức năng nâng cao đó trong thực tiễn lâm sàng là rất cần thiết, một mặt để hiểu rõ các nguyên lý vật lý công nghệ của các chức năng đó, một mặt tối ưu hóa vận hành các thiết bị thế hệ mới trong các điều kiện cần thiết.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Trên cơ sở sự cần thiết trên, đề tài đã đặt ra mục tiêu là khảo sát nghiên cứu một số chức năng nâng cao của thiết bi MR Hitachi 1.5T nham làm rõ các nguyên lý vật lý công nghệ của các chức năng đó và hướng dẫn vận hành các chức năng đó tận dụng ưu thé của thiết bị trong chan đoán lâm sàng. Dé tài sẽ có ý nghĩa góp phan nâng cao kiên thức và kỹ năng vận hành của người sử dụng trong việc sử dụng thiết bị chân đoán hình ảnh cộng hưởng từ. Với mục tiêu trên, nhiệm vụ luận văn bao gỗôm: - Khảo sát nguyên lý và chức năng một số chức năng tiên tiễn nâng cao của thiết bị MR Hitachi 1. - Khảo sát vận hành lâm sang thực tế.
- Nhận xét các biện pháp kỹ thuật nhằm pho biến sử dụng các chức năng tiến tiến chọn lọc. Chương 2: TÔNG QUAN 2.1 Lich sir [2,3] Chụp cat lớp cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging-MRI) là một kỹ thuật tạo ảnh thường được sử dụng chủ yêu trong y học chân đoán để tạo ra các ảnh có chất lượng cao về cấu trúc bên trong cơ thể của con người. MRI dựa trên cơ sở nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance-NMR), một kỹ thuật phân tích pho sử dụng trong nghiên cứu khoa học dé thu được các thông tin vi mô về cấu trúc vật lý hay hóa học của các phân tử. MRI ban đầu sử dụng phương pháp chụp cắt lớp, tức là tạo ra ảnh tín hiệu NMR một lớp cắt mỏng xuyên qua cơ thể con người.
Ngày nay, MRI đã được mở rộng từ phương pháp chụp ảnh lớp cắt thành phương pháp chụp ảnh khối thể tích. NMR ban đầu được phát triển và sử dụng cho phân tích phan tử vat ly và hóa học. Vào năm 1971, Raymond Damadian chỉ ra rang thời gian dan hồi (hay thời gian hồi phục) từ nguyên tử của các mô và khối u khác nhau. Phát minh đó thúc day các nha khoa học nghiên cứu ứng dụng cộng hưởng từ trong chan đoán bệnh.
Năm 1973, Hounsfield giới thiệu máy chụp cắt lớp vi tính (Computer Tomography-CT) trên cơ sở vật lý của tia X-quang. Đây là thời điểm quan trọng đối với MRI bởi vì các bệnh viện đã sẵn sàng bỏ ra những khoản tiền lớn để đầu tư cho thiết bị chân đoán trong y học. MRI lần đầu tiên được chứng minh trong một mẫu ống thử nghiệm nhỏ bởi Paul Lauterbur, trong cùng năm nay ông sử dụng kỹ thuật chiếu ngược tương tự như trong CT. Năm 1975, Richard Ernst đề xuất MRI sử dụng việc mã hóa pha và tan số và bién đôi Fourier, kỹ thuật nay là nền tảng của kỹ thuật MRI hiện nay.
Một vài năm sau đó, vào năm 1977, Raymond Damadian trình bày phương pháp MRI toàn bộ cơ thé. Cũng trong năm đó, Peter Mansfield phát triển kỹ thuật chụp ảnh Echo Planar Imaging (EPI). Kỹ thuật này được phát triển những năm sau đó dé chụp ảnh được ở tốc độ thu hình 30ms/anh. Edelstein tiễn hành chụp ảnh cơ thể theo phương pháp của Ernst vào năm 1980, một ảnh đơn có thể thu nhận được trong khoảng 5 phút theo kỹ thuật này.
Nam 1986, thời gian chụp giảm xuống còn 5 giây mà không giảm nhiều về chất lượng ảnh. Cũng trong năm này, người ta phát triển kính hiển vi sử dụng NMR, cho phép thu được độ phân giải 10um trên một khoảng xấp xi 1 em. Vào năm 1987, phương pháp chụp anh hai chiều echo được sử dụng dé chụp ảnh chuyển động thời gian thực của một chu kì nhịp tim đơn. Cũng trong năm nay, Charles Dumounlin đã hoàn thiện kỹ thuật chụp mach cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Angiography-MRA), cho phép chụp anh dòng chảy cua mau mà không cần dùng chất tăng tương phan (chất đối quang).
Năm 1991, Richard Ernst đã thành công trong MRI và NMR dùng biến đổi Fourier xung và được nhận giải Nobel về hóa học. Năm 1993, MRI chức nang (Function MRI- FMRI) được phát triển, kỹ thuật này cho phép khảo sát về chức năng của các vùng khác nhau trong bộ não người. Những năm gan day, nhiều nhà chân đoán muốn phát triển các ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật chụp hai chiều echo vào chụp tim thời gian thực. Sự phát triển của FMRI mở ra một ứng dụng mới cho EPI về chụp anh xạ chức nang các vùng của bộ não đáp ứng kiểm tra tư duy vận động của dây thần kinh.
Năm 1994,các nhà nghiên cứu của Dai học quốc gia New York tai Stony Brook va Dai học Princeton trình bày phương pháp chụp ảnh nhờ khí Xenon để nghiên cứu hô hap. MRI thực sự là một lĩnh vực khoa học rat mới nhưng không ngừng phat triên và lớn mạnh.1 Hạt nhân trong từ trường [2,4,5,6] Hạt nhân nguyên tử gồm các proton và các neutron. Số lượng tử spin của proton cũng như của neutron đều bằng 1⁄2. Tùy thuộc vào việc các spin của những hạt nucleon đó có cặp đôi hay không mà hạt nhân của nguyên tử có thể được đặc trưng bằng một số lượng tử spin hạt nhân I bằng không hoặc khác không.
Nếu spin của tat cả các nucleon đều cặp đôi thì số lượng tử spin của hạt nhân bằng không (I = 0). Nếu ở hạt nhân có một spin không cặp đôi thì I = 1⁄2. Nếu có nhiều spin không cặp đôi thì I >1. Những hạt nhân có I = 0 thì không gay ra moment từ (u = 0), nói cách khác là chúng không có từ tính.
Vì vậy hạt nhân loại này không có cộng hưởng từ hạt nhân. Những hạt nhân có I # 0 gây ra một moment từ uw # 0, loại nay có hoạt động từ nên có cộng hưởng từ hạt nhân. Tuy nhiên những hạt nhân có nhiều electron quay xung quanh thì lại không thích hop trong tạo ảnh cộng hưởng từ do moment từ hạt nhân bi che chăn bởi các đám mây electron. Do đó khi nói đến cộng hưởng từ hạt nhân trong y học, hầu như ta chỉ quan tâm đến hạt nhân hydro vì các lý do sau: e Hydro là thành phan phố biến nhất trong cơ thé con người (hiện diện trong các phân tử nước và chất béo).
e Hạt nhân hydro chỉ bao gồm một proton (I = 1⁄4). e Trong tự nhiên, hydro là nguyên tố có độ nhạy từ cao nhất do moment từ hạt nhân ít bị che chắn nhất. Khi không có từ trường ngoài, các vector spin của hạt nhân hyđrô định hướng ngâu nhiên trong không gian. Chính vi thê tông của tat cả các vector spin trong một mâu thử nào đó là băng không và không thê đo được.
Khi xuất hiện môi trường từ trường ngoài đồng nhất, các vector spin của hạt nhân hyđrô sẽ định hướng cùng chiều hoặc ngược chiều với hướng của từ trường ngoài. Hạt nhân có vector spin định hướng ngược chiều với từ trường ngoài thi ở mức năng lượng cao hơn hạt nhân có vector spin định hướng cùng chiều (EN guocChiéu > EcingChiéu). Chinh vi vay, vé mat phan bó, số lượng các vector spin định hướng ngược chiều ít hơn số lượng các vector spin định hướng cùng chiều với tỉ lệ khoảng vai phần triệu. Tỉ lệ này sẽ tăng lên nếu Bọ tăng.
pk fT? Hình 2.1: Dinh hướng vector spin proton trong từ trường ngoài [4] Khi có sự thay đổi trạng thái vector spin từ cùng chiều sang ngược chiều, hạt nhân cần một năng lượng AE đúng băng hiệu của hai mức năng lượng đó.