Nguyên lý Mri trong ngành Kỹ thuật hình ảnh Y học

Giảng viên ngành kỹ thuật hình ảnh y học Sài Gòn cho biết Cộng hưởng từ (MRI) là kỹ thuật cung cấp hình ảnh 3 chiều để Bác sĩ chẩn đoán y khoa được ứng dụng phổ biến trên thế giới.

imgpsh_fullsize_anim (2)

Một vật có từ tính sẽ tạo ra xung quanh nó một từ trường. Đơn vị đo từ trường thường được dùng là Tesla (T) hay Gausse (G).

- Mọi vật đều có khả năng bị từ hóa ở những mức độ khác nhau: chất sắt từ bị từ hóa mạnh nhất, tiếp theo là chất thuận từ bị từ hóa yếu hơn và cuối cùng là chất nghịch từ hoàn toàn “trơ” với từ trường hoặc phản ứng “nghịch” lại với từ trường.

- Từ trường biến thiên tạo ra điện trường và ngược lại. Thực tế, từ trường và điện trường là những hình thái biểu hiện khác nhau của một trường thống nhất gọi là trường điện từ.

- Trường điện từ biến thiên tạo ra sóng điện từ. Các sóng điện từ khác nhau ở tần số (hay bước sóng) và tạo thành một dải gọi là phổ sóng điện từ. Các sóng điện từ có tần số cao (tia X, tia gamma) có thể gây hại cho tế bào; các sóng có tần số thấp (sóng radio, sóng viba) có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong y học.

- Ánh sáng là các sóng điện từ mà mắt người có thể nhận biết được. Tần số của ánh sáng chỉ là một dải rất hẹp.

- Sóng radio, một dạng sóng điện từ, được dùng làm các xung kích thích để tạo ra từ trường và đây cũng chính là hình thái của tín hiệu cộng hưởng từ mà chúng ta có thể ghi nhận được.

Hiện tượng cộng hưởng từ là gì?

- Đến lúc này, hy vọng các bạn sinh viên ngành kỹ thuật hình ảnh y học đã hiểu được những khái niệm căn bản của chụp hình cộng hưởng từ MRI trên cơ sở của một hiện tượng vật lý là hiện tượng cộng hưởng từ. Chúng ta sẽ tóm tắt như sau:

1) Độ từ hóa dọc (longitudinal magnetization): Khi đặt bệnh nhân vào máy MRI với từ trường Bo, cơ thể bệnh nhân xuất hiện một từ trường hướng thuận theo chiều của từ trường Bo. Từ trường mới này gọi là độ từ hóa dọc.

2) Cộng hưởng từ (magnetic resonance): Phát xung kích thích RF (RF pulse) có tần số quay γBo, tương đồng với tần số quay γBo của các proton dưới tác động của từ trường ngoài Bo, xung RF và các proton sẽ CỘNG HƯỞNG với nhau: độ từ hóa dọc bị lệch dần một góc α nên nhỏ dần, nếu α = 90° thì độ từ hóa dọc sẽ bị mất hẳn (xung RF được gọi tương ứng là xung α).

3) Độ từ hóa ngang (transverse magnetization): Nhờ cộng hưởng với nhau dưới tác động của xung RF, các proton quay cùng pha, hình thành độ từ hóa ngang. Nói một cách hình ảnh, độ từ hóa dọc bị kéo lệch và đổ xuống mặt phẳng ngang thành độ từ hóa ngang. Độ từ hóa ngang như vậy tối đa chỉ bằng độ từ hóa dọc (khi dùng xung 90°).

4) Tín hiệu cộng hưởng từ (magnetic resonance signal): Khi tắt xung, độ từ hóa ngang lúc này (lớn nhất) là một từ trường đang quay nên sinh ra một sóng radio mà các ăng-ten có thể thu được: đây chính là TÍN HIỆU CỘNG HƯỞNG TỪ. Tín hiệu cộng hưởng từ sẽ yếu dần (do độ từ hóa ngang giảm dần).

5) Thời gian hồi giãn dọc (longitudinal relaxation time): Khi tắt xung, độ từ hóa dọc sẽ khôi phục lại trở về giá trị ban đầu. Khoảng thời gian khôi phục này gọi là thời gian hồi giãn dọc và thường gọi tắt là T1.

6) Thời gian hồi giãn ngang (transverse relaxation): Cũng sau khi tắt xung, độ từ hóa ngang sẽ nhỏ dần rồi mất hẳn (tương ứng là tín hiệu cộng hưởng từ yếu dần rồi mất hẳn). Khoảng thời gian độ từ hóa ngang giảm dần độ lớn rồi mất hẳn gọi là thời gian hồi giãn ngang và thường gọi tắt là T2.

7) T1 và T2 là các tham số khá đặc trưng cho từng loại mô. Chúng sẽ được tận dụng để tạo ra sự khác biệt tín hiệu giữa các mô (tương phản) và nhờ đó có thể phân biệt được các mô khi dựng lại hình dựa trên các tín hiệu thu được. Chúng ta sẽ phân tích sâu hơn các tham số này ở những bài sau.

imgpsh_fullsize_anim (3)

Hiệu ứng của cộng hưởng từ như thế nào?

1. Tín hiệu cộng hưởng từ y học chủ yếu là tín hiệu của các proton trong nước và mỡ của cơ thể. Các proton của nước quay nhanh hơn các proton của mỡ một chút, khoảng 3,5 phần triệu. Khác biệt này được gọi là độ xê dịch hóa học.

2. Đối với nước, chúng ta dùng mô hình 2 khoang để mô tả: nước tù nằm gần các phân tử lớn, chúng bị giữ chặt hơn nên chuyển động châm hơn nước tự do (nằm xa các phân tử lớn). Sự chuyển động nhanh chậm này khiến các proton trong nước tự do ít bị ảnh hưởng bởi các từ trường.

3. Thời gian hồi giãn dọc T1 là khoảng thời gian mà độ từ hóa dọc khôi phục được khoảng 63% độ lớn (sau khi tắt xung kích thích). T1 dài ngắn tùy theo loại mô, dao động từ khoảng 100 đến 3000 ms, trong đó mỡ có T1 ngắn nhất, dịch não tủy và các loại dịch có T1 dài nhất.

4. Thời gian hồi giãn ngang T2 là khoảng thời gian mà độ từ hóa ngang bị mất khoảng 63% độ lớn (sau khi tắt xung kích thích). T2 dài ngắn tùy theo loại mô, dao động từ khoảng vài chục đến vài trăm ms (ngắn hơn nhiều so với T1). Thường T1 dài thì T2 cũng dài.

5. Vì độ từ hóa ngang là từ trường sinh ra tín hiệu cộng hưởng từ nên T2 cũng chính là thời gian tín hiệu cộng hưởng từ bị yếu dần.