Tạo ảnh cộng hưởng từ

1. Tạo ảnh cộng hưởng từ MRI
(Magnetic Resonance Imaging)
1. Dẫn nhập
2. Từ tính
3. Từ hạt nhân
4. Cơ chế tương phản của MRI
5. Tạo ảnh MRI của cơ thể
6. An toàn MRI
7. Cải thiện độ tương phản
8. Ứng dụng

2. 1. Dẫn nhập:
• Tiến hóa tạo ra con người với
khớp gối dễ bị tổn thương
• Thể thao: chấn thương khớp (vai; gối và
mắt cá chân)

3. * Các kỹ thuật tạo hình: độ phân giải cao > < độ tương phản tốt
• MRI là lựa chọn tốt nhất
• Ưu thế của MRI:
Không xâm lấn; không dùng bức xạ ion hóa
Mô mềm (não; sụn khớp)
Không bị xương, các khoang khí ngăn chặn (so với siêu âm)
Độ phân giải tốt (0,5 mm)
Có thể tăng độ tương phản nhờ các chất tự nhiên hoặc các
nguyên tử không độc hại mang từ tính

4. 2. Từ tính của vật chất:
• Thanh nam châm tự nhiên:
Hai cực nam và bắc
Lưỡng cực từ
• Moment từ: đặc trưng cho
lưỡng cực từ về:
Độ lớn
Hướng (từ S tới N)
• Vật liệu có moment từ nội tại:
nam châm vĩnh cửu
Hợp kim sắt; hợp kim cobalt (mạnh)

5. * Các trạng thái năng lượng của hai lưỡng cực từ:
• Trạng thái năng lượng thấp nhất:
N-S-N-S
• Trạng thái năng lượng cao nhất:
N-S-S-N
hoặc S-N-N-S
(quay một nam châm 180o)
• Chuyển trạng thái:
N-S-S-N → N-S-N-S
Đó là quá trình hồi phục: năng lượng được giải phóng !!!

6. * Khái niệm từ trường:
• Khái niệm mô tả tương tác giữa các nam
châm:
Hướng: trùng với hướng kim la bàn
Độ lớn: độ đo moment xoắn để quay
nam châm 180o so với hướng
ưu tiên
• Đơn vị đo:
Cường độ từ trường H: [H] = gauss
Cảm ứng từ B = μoμH: [B] = Tesla
Trong không khí: 1 T = 10.000 gauss
1 mT = 10 gauss

7. * Cường độ từ trường trong một số trường hợp:
• Trái đất: 1 gauss (vai trò?)
• Tủ lạnh: 250 gauss
• MRI: 15.000 gauss (1,5 T)
• fMRI: > 4 T

8. * Thiết bị MRI mở > < thiết bị MRI tiêu chuẩn
• MRI mở:
nam châm vĩnh cửu
T nhỏ
• MRI tiêu chuẩn:
nam châm điện (siêu dẫn,
heli lỏng, T < -250oC)
T lớn
Cuộn selenoid
(2 m nếu quét cả người)

9. 3. Từ hạt nhân:
• Không có đơn cực từ
• Các hạt hạ nguyên tử (e, p, n)
cũng là các lưỡng cực từ
• Moment từ của điện tử:
Chất nghịch từ (hầu hết
các chất trong cơ thể)
Chất thuận từ (melanin, chất
chứa sắt)
Chất sắt từ (nam châm vĩnh cửu)

10. * Moment từ hạt nhân:
• Nucleon trong nhân cũng lấp đầy
các lớp như điện tử ngoài vỏ
• Nhân có số p (n) chẵn: moment từ
tổng cộng bằng 0
He-4 (2p, 2n); C-12 (6p, 6n)
O-16 (8p, 8n); Ca-40 (20p, 20n)
• Nhân có p (n) lẻ: có từ trường nội tại

11. * Các loại nhân đáng lưu tâm đối với MRI:
H-1 (1p);
P-31 (15p);
C-13 (7n);
…
• Moment từ hạt nhân nhỏ hơn
moment từ điện tử 1000 lần:
không có vai trò trong nam
châm vĩnh cửu.
• Chuyện gì sẽ xảy ra khi đặt
cơ thể trong B ngoài?

12. * Moment từ hạt nhân
trong từ trường ngoài:
• Hai cách sắp xếp moment từ hạt nhân:
Cùng chiều B: E thấp
Ngược chiều B: E cao
• Sai khác giữa hai trạng thái:
ΔE = 2 x 2,79 x μnB
μn : magneton hạt nhân
2 x 2,79: hằng số thực nghiệm
tính cho proton (nhân hydro)
• ΔE = 1,76 x 10-7 eV với B = 1 T (!)

13. * Chuyển trạng thái sắp xếp moment từ:
• Khi nào?
Khi hạt nhân hấp thụ hoặc phát xạ
sóng điện từ có năng lượng hν
• Tần số Larmor:
ν = ΔE/h = (2 x 2,79 x μnB)/h
Với H-1:
ν = 42,58 MHz (B = 1,0 T)
ν = 64,00 MHz (B = 1,5 T)
Dải sóng vô tuyến RF !

14. * Cộng hưởng từ hạt nhân?
• Khi phản ứng với một tần số chọn lọc: cộng hưởng
• Cấu hình moment từ hạt nhân thay đổi khi hấp thụ và phát xạ sóng
RF:
cộng hưởng từ hạt nhân
• Bình thường: Moment từ hạt nhân cùng chiều với trường ngoài B
• RF tới: Hạt nhân hấp thụ sóng RF: Moment từ chuyển sang trạng
thái ngược chiều với B (E lớn hơn).
• Khi trở về trạng thái cùng chiều với B (E bé hơn): Hạt nhân phát
sóng RF

15. 4. Cơ chế tương phản:
• Tín hiệu RF phản ánh mật độ proton mô:
các mô mềm không khác nhau nhiều
(tương tự X quang!)
• Dùng các thời gian hồi phục T1 và T2 :
• Sự từ hóa của tập hợp các nhân
trong một vùng: moment từ hóa vùng
M, với 2 thành phần:
thành phần dọc Mz
thành phần ngang Mxy

16. * Thời gian hồi phục T1:
Thời gian mà moment từ hóa khôi phục 63% giá trị Mz ban đầu
• Thời gian hồi phục T2:
Khi Mz tăng thì Mxy giảm.
Khi hệ hồi phục hoàn toàn, Mxy = 0
T2 là thời gian để cường độ tín hiệu giảm 63% giá trị Mxy ban đầu

17. Tham số MRI điển hình cho các loại mô :
Loại mô Mật độ p T1 (ms) T2 (ms)
Mỡ
Chất xám
Chất trắng
Dịch não tủy
Cơ
Gan
1,00
0,80
0,70
1,00
0,75
0,75
260
900
780
2400
870
500
80
100
90
160
45
40

18. 5. Tạo ảnh cơ thể:
Các lớp cắt được tạo như thế nào?
• Dùng thiết bị tạo gradient từ trường tăng dọc cuộn selenoid:
→ tần số Larmour tăng theo (dọc cơ thể người)
Chọn tần số sóng RF thích hợp sẽ thu được tín hiệu của lớp cắt
tương ứng.

19. 6. Bài toán an toàn:
• Đã có khoảng 10.000 thiết bị MRI, 75 triệu ảnh hàng năm (2003)
• Ảnh hưởng của từ trường:
Ảo giác với trường ≥ 4 T
• Sóng RF: tăng nhiệt
FDA: không quá 1oC

20. 7. Cải thiện độ tương phản:
• Nói chung MRI không cần chất tạo sự tương phản, vì các mô có mật
độ p, T1 hoặc T2 đủ khác nhau.
• Cơ thể có chất tương phản tự nhiên:
Máu: hemoglobin chứa sắt là chất thuận từ
oxyhemoglobin không phải là chất thuận từ
(từ điện tử rất lớn so với từ hạt nhân)
• Cũng dùng chất tạo sự tương phản ngoại sinh:
Gadolinium: thuận từ mạnh hơn HbO2 100 ngàn lần vì có 7 điện tử
không tạo cặp

21. 8. Ứng dụng MRI:
• Y học thể thao:
Khớp
Tổn thương mô mềm

22. * Nhũ ảnh MRI:
Nhũ ảnh X quang có âm tính giả và dương tính giả
Nhũ ảnh MRI khắc phục được

23. * Phổ MR :
Hóa học cơ thể

24. * Chụp MRI não và fMRI:
Cấu trúc và chức năng (độ phân giải k/gian và thời gian tốt hơn PET)