PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài Như chúng ta đã biết, Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được phát hiện vào năm 1938 bởi nhà khoa học I. Rabi, ông nhận giải Nobel vật lý 1944, từ đó phương pháp cộng hưởng từ được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực hóa phân tích và y học. Từ khi chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên được chế tạo phục vụ ghi nhận ảnh cơ thể người vào 1977 bởi nhà khoa học R. Damadian, các ứng dụng thăm khám và công nghệ của thiết bị không ngừng được cải tiến theo thời gian.
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển vượt bậc theo từng năm. MRI đã và đang đi vào thường quy với các kỹ thuật cơ bản được sử dụng hằng ngày tại các bệnh viện. Tuy nhiên, đâu đó vẫn còn rất nhiều những công nghệ mới, kỹ thuật mới đang và sẽ tiếp tục được phát triển trên các hệ thống MRI. Luận văn sẽ mang đến những cập nhật mới nhất về các công nghệ đang được các hãng thiết bị lớn phát triển trên hệ thống MRI như: công nghệ tái tạo hình ảnh nâng cao, các hệ thống cảm biến mới trong MRI, công nghệ khối từ siêu dẫn không bay hơi helium… Ngày nay, thời đại của các hệ thống lai hóa (hybrid) đang phát triển vượt bật với sự kết hợp giữa các trường phái chẩn đoán hình ảnh, y học hạt nhân và cả ung bướu.
Những hệ thống y học hạt nhân như SPECT, PET với các giá trị về hình ảnh chuyển hóa cấp độ phân tử, được kết hơp với các hệ thống hình ảnh chẩn đoán như CT, MRI để mang đến những hình ảnh lai hóa với giá trị cao về cả thông tin cấu trúc giải phẩu cũng như chuyển hóa chức năng. Chúng ta có thể kể đến những hệ thống SPECT/CT và PET/CT đặt chân vào Việt Nam từ những năm 2009. Luận văn sẽ có những cập nhật và bàn luận về hệ thống mong chờ được xuất hiện tại Việt Nam là hệ thống PET/MRI. Ngoài ra, những hệ thống MRI với từ trường cao hơn cũng sẽ được bàn luận, đặc biệt là hệ thống MRI 7T.
Luận văn sẽ cập nhật những thông tin mới nhất của thị trường về hệ thống MRI 7T, sự khác biệt so với các hệ thống 1.5T và 3T trong việc tối ưu hóa tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu, độ phân giải không gian, thời gian, cũng như hỗ 1 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ trợ nhiều hơn các hạt nhân nguyên tử (2H, 23Na, 31P, 13C, 19F, 17O, 39K), qua đó mang đến bức tranh lâm sàng chất lượng hơn, chi tiết hơn và có ý nghĩa hơn, đặc biệt trong việc khảo sát thần kinh. Bên cạnh đó, vai trò đội ngũ kỹ thuật y sinh cũng chưa tiệm cận được những công nghệ của dòng thiết bị này nên việc triển khai dự án, vận hành thiết bị, duy trì bảo dưỡng suốt vòng đời của máy còn phụ thuộc hoàn toàn vào hãng sản xuất. Luận văn cũng sẽ chia sẻ kinh nghiệm thực tế trong việc triển khai một dự án thực tế MRI 3T công nghệ cao tại bệnh viện đột quỵ tim mạch Cần Thơ, phân tích những khó khăn của dự án trong việc phải triển khai ngay trong mùa dịch Covid 19, từ các khâu khảo sát mặt bằng, thi công, lắp đặt, cân chuẩn…thông qua đó, cho thấy vai trò của kỹ sư y sinh trong việc đáp ứng triển khai các hệ thống công nghệ hiện đại và đắt tiền hiện nay. Vấn đề bảo dưỡng bảo trì hệ thống MRI 3T, cũng như vai trò của kỹ sư hãng và kỹ sư bệnh viện cũng sẽ được phân tích và bàn luận trong luận văn, qua đó cho thấy những vấn đề đang tồn tại ở thị trường, cũng như tầm quan trọng của việc định hướng, lập kế hoạch đối với các hệ thống cộng hưởng từ mới.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn: Trên cơ sở sự cần thiết như phân tích ở trên, đề tài này đặt ra mục tiêu cũng như nhiệm vụ sẽ tiến hành: - Tổng quan về nguyên lý cộng hưởng từ: tìm hiểu nguyên lý thu ảnh, tái tạo hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân.
- Tìm hiểu nguyên lý của hệ thống hình ảnh lai hóa PET/MRI: nguyên lý thu ảnh y học hạt nhân PET, cảm biến PET trong từ trường MRI, hệ thống PET/MRI. - Cập nhật, phân tích các công nghệ mới được sử dụng trên các hệ thống MRI ngày nay: tổng quan công nghệ, nguyên lý, các cảm biến mới trong MRI, công nghệ khối từ siêu dẫn và đặc biệt là hệ thống MRI 7T. - Chia sẻ kinh nghiệm thực tế trong việc triển khai một dự án MRI 3T công nghệ cao tại bệnh viện đột quỵ tim mạch Cần Thơ từ khâu khảo sát mặt bằng, thi công, 2 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ lắp đặt, cân chuẩn…thông qua đó, cho thấy vai trò của kỹ sư y sinh trong việc đáp ứng triển khai các hệ thống công nghệ hiện đại và đắt tiền hiện nay, cũng như việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống MRI. - Phân tích vai trò của kỹ sư hãng và kỹ sư bệnh viện trong việc bảo hành bảo trì hệ thống.
Bàn luận các vấn đề tồn đọng ở thị trường cộng hưởng từ hiện nay, các giải pháp về các gói bảo hành của hãng. Tổng quan các bước cần thực hiện cho việc bảo dưỡng hệ thống cộng hưởng từ. 3 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ CHƯƠNG 2.1 Tổng quan về cộng hưởng từ và hình ảnh lai hóa PET/MRI: Tại thị trương Việt Nam, tổng số thiết bị MRI của tất cả các hãng tính tới thời điểm hiện tại là thấp hơn 600 máy, và chưa có thiết bị PET/MRI nào. Nhu cầu mua sắm vẫn còn rất cao khi cả nước hiện nay có đến 47 bệnh viện cấp trung ương, 419 bệnh viện cấp tỉnh, 684 bệnh viện cấp huyện, bên cạnh đó còn có 182 bệnh viện tư nhân, trong tương lai còn mở rộng thêm.
Tại thị trường khác trên thế giới, theo thống kê của hiệp hội các quốc gia có nền kinh tế phát triển OECD vào 12.2020, cứ trung bình 1 triệu công dân thì có 17.6 máy MRI phục vụ, trong đó nhiều hơn 51% số lượng máy MRI là đã hoạt động hơn 6 năm.1 :Thống kê số lượng máy MRI tại các quốc gia OECD [1] 4 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ Hình 2.2:Biểu đồ tăng trưởng của máy MRI Siemens trong OECD [1] Hình 2.3: Thời gian hoạt động của máy MRI Siemens trong OECD [1] 5 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ Các dòng máy từ trường nhỏ hơn 1.5T với công nghệ cũ (Nam châm vĩnh cửu và 10K) đã ngưng sản xuất từ 2019, các dòng máy siêu dẫn 1.5T hiện vẫn đang là trụ cột và chiếm tỷ lệ cao nhất trên thị trường (56%), các dòng máy 3T và từ trường cao hơn đang ngày càng phát triển (44%), thống kê tính đến 2021. Kỳ vọng trong tương lai các dòng máy lớn hơn 1.5T sẽ phát triển ở mức độ vừa phải, nhường chỗ cho MRI với công nghệ mới, từ trường thấp hơn phát triển do chi phí đầu tư và khả năng đáp ứng nhu cầu thăm khám phù hợp với tình hình chung.4: Dự báo thị trường MRI, PET/MRI trong tương lai [1] 6 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ Hình 2.5: MRI Siemens hiện tại và định hướng công nghệ tương lai [1] 2.1 Định nghĩa về cộng hưởng từ: Chụp cắt lớp cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging – MRI) là một kỹ thuật tạo ảnh thường được sử dụng chủ yếu trong y học chẩn đoán để tạo ra các ảnh có chất lượng cao về cấu trúc bên trong cơ thể con người. MRI dựa trên cơ sở nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân, là một kỹ thuật phân tích phổ sử dụng trong nghiên cứu khoa học để thu được các thông tin vi mô về cấu trúc vật lý hay hóa học của các phân tử. MRI ban đầu được sử dụng làm một phương pháp chụp cắt lớp, tức là tạo ra một ảnh tín hiệu NMR trong 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.2 Lịch sử phát triển của cộng hưởng từ: Quá trình phát triển của MRI bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ trước. Felix Bloch và Edward Purcell, hai nhà khoa học được giải Nobel vật lý năm 1952 đã phát hiện ra hiện tượng cộng hưởng từ độc lập với nhau từ 1946. Trong thời kỳ 1950 – 1970, NMR đã được phát triển và sử dụng cho phân tích phân tử vật lý và hóa học. 1971 Raymond Damadian chỉ ra rằng thời gian hồi giãn 7 Phạm Nhật Tạo – MSHV: 2070247 Luận Văn Thạc Sĩ từ nguyên tử của các mô và khối u là khác nhau, từ đó thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh.
1975 Richard Ernst đề xuất sử dụng mã hóa pha, mã hóa tần số và phép biến đổi Fourier trong việc tái tạo ảnh và kỹ thuật này là nền tảng của kỹ thuật MRI hiện nay. Từ 1977 đến nay, với hàng loạt các cải tiến về sản phẩm MRI, các ứng dụng kèm theo cũng ngày càng phát triển, cụ thể: Cộng hưởng từ toàn thân, chụp mạch MRI, fMR, MRs…… 2.3 Vai trò của cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh: Cộng hưởng từ là một kỹ thuật nhanh, gọn, không gây tác dụng phụ, là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu quả và phổ biến trên thế giới. 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. Kể từ khi MRI mang lại hình ảnh ba chiều, bác sĩ có thể nắm được thông tin về địa điểm thương tổn, những thông tin như vậy rất có giá trị trong chẩn đoán các bệnh lý về não.4 Tổng quan về PET/MRI và vai trò trong chẩn đoán bệnh: So sánh với hình ảnh CT, hình ảnh MRI có những ưu điểm hơn hẳn: hình ảnh giải phẩu MRI với độ tương phản mô mềm cao hơn, không sử dụng bức xạ ion hóa, có thể đánh giá được chức năng của một số cơ quan.
Tuy nhiên độ nhạy của MRI vẫn còn thua xa độ nhạy của PET (độ nhạy của PET là 10212 mol/l, độ nhạy của MRI là 1025 mol/l). PET vẫn là một thành phần thiết yếu nhất của hình ảnh phân tử. Đối với các chỉ định MRI, người ta căn cứ vào các giao thức (protocol) cho: tưới máu, khuyết tán, quang phổ để phát hiện chuyển hóa.