Evert J Blink Chuyên gia ứng dụng MRI

Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

Sinh viên: Trần Văn Linh
MSSV: 20121995
Lớp DDTTT01_k57

Evert J Blink
Chuyên gia ứng dụng MRI

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 1


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

A. LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm qua Magnetic Resonance Imaging (chụp cộng hưởng từ), gọi
tắt là MRI, đã trở thành một phương tiện phổ biến và có giá trị rộng rãi cho việc tạo
ảnh tiết diện, mặt cắt ngang. Đó khơng phải là trùng hợp ngẫu nhiên; MRI đã trải qua
một bước phát triển nhảy vọt kể từ khi nó được khám phá. Ngày nay, bệnh viện hoặc
phịng khám có một hoặc nhiều hơn 1 máy MRI nhằm thu được ảnh đúng, chính xác
hơn và chuẩn đốn bệnh lý, ngay cả khi chúng tơi nói sự phát triển vẫn cịn rộng mở.
Thơng qua việc sử dụng sóng vơ tuyến điện và từ trường mà MRI có độ phân giải
tương phản hình ảnh tốt, lại cịn không gây hại cho cơ thể con người. Điều này đối lập

với việc nghiên cứu tia X và CT có sử dụng bức xạ ion hóa.
Việc MRI ngày càng được công nhận, nhu cầu đối với đội ngũ cán bộ có trình độ
chun mơn hơn cũng tăng lên. Qua các năm, các máy quét MRI đã trở nên hoạt động
dễ dàng hơn với các phần mềm mới phát hành, nhưng điều này không loại bỏ được sự
cần thiết cho việc hiểu biết một cách đúng đắn về cách làm việc MRI. MRI làm việc
với một loạt các thông số, chẳng hạn như TR ,TE, Flip Angle, Phase Encoding... Việc
hiễu kĩ càng các thông số này là cực kỳ quan trọng để sản xuất ra một hình ảnh MR
thành cơng.
Có rất nhiều quyển trong kho sách viết vật lý về MRI. Hầu hết trong số chúng
dành cho những người đã có kinh ngiệm và hiểu biết về vật lý. Một vài quyển sách
được viết cho những người bắt đầu học, những người chưa hiểu biết nhiều về vật lý
học.
Là một chuyên viên ứng dụng tơi phải giải thích các khái niệm cơ bản của MRI để
mọi người, nhất là các nhân viên x-quang những người có thể hiểu được cái khái niệm
vật lý liên quan tới tia X, nhưng chẳng bao giờ gặp và liên quan tới các khái niệm vật
lý về MRI. Có thể nói rằng, hiện nay chụp X quang các bài giảng cũng bao gồm vật lý
về MRI. Tuy nhiên, các khóa học cũng sử dụng những cuốn sách tương tự nhằm vào
những người có kinh nghiệm.
Những gì tôi đang cố gắng để làm ở đây là viết về MRI theo một cách mà mọi
người có thể hiểu về khái niệm. Tất nhiên nó giúp những ai nếu đã tiếp xúc với vật lý
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 2


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

nhưng nó khơng phải là hồn tồn cần thiết . Một khi bạn có một sự hiểu biết nhất
định về các khái niệm bạn có thể tìm hiểu thêm trong những quyển sách nâng cao hơn.
Bạn nên nhận ra một điều. Đối với MRI nếu bạn muốn biết tất cả thì nó rất phức
tạp, bạn có thể thâm nhập vào vật lý lượng tử cho đến khi bạn có thể hiểu ra bạn vẫn
khơng có khả năng xâu chuỗi các chi tiết nhỏ lại với nhau. Có rất ít người hiểu MRI
đến mức độ đầy đủ của nó, những người cịn lại trong chúng ta chỉ cần nắm bắt các
khái niệm cơ bản. Tuy nhiên, đừng để điều này làm bạn nản chí, cịn nhiều thứ bạn
cần phải học hỏi. Và may mắn thay, điều đó khơng phải là tất cả cho cơng việc của
bạn.
Hãy để tôi cung cấp cho bạn một số lời khuyên: Hãy đọc về MRI, mỗi lần đọc bạn
sẽ tìm hiểu thêm được một cái gì đó mới. Và có một ngày, tất cả các mảng kiến thức
đó sẽ đi liền với nhau.
Khi hiểu ra bạn hãy đọc quyển sách này một lần nữa bạn sẽ khám phá rằng vẫn
còn nhiều điều để tìm hiểu.
Cho đến lúc đó tơi hi vọng câu truyện này sẽ hướng bạn một cách nhẹ nhàng vào
thế giới thú vị của ảnh MR: Một trong những phương thức hình ảnh mà khơng bao giờ
bị nhàm chán.
Evert Blink
Tháng Mười Một, 2004

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 3


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

MỘT CHÚT LỊCH SỬ VỀ MRI.
Câu chuyện về MRI bắt đầu vào khoảng năm 1946 khi Felix Bloch được đề xuất
trong một bài báo đoạt giải Nobel cho một số tính chất khá mới mẻ đối với các hạt
nhân nguyên tử. Ông tuyên bố rằng hạt nhân hoạt động như một nam châm, và ông
nhận ra rằng một hạt tích điện chẳng hạn như một proton, quay xung quanh trục của
nó có một từ trường, được biết đến như một động lực từ. Ông đã viết ra những phát
hiện của mình mà hiện nay chúng ta đã biết là các phương trình Bloch. Và các lý
thuyết đó được xác nhận thực nghiệm vào đầu những năm 1950. Năm 1960 hạt nhân
phổ cộng hưởng từ đã được giới thiệu cho mục đích phân tích. Trong những năm
1960 và 1970 máy đo quang phổ NMR đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu
khoa học và công nghiệp. Phương pháp đo phổ được sử dụng để phân tích các cấu
hình phân tử dựa trên quang phổ NMR của nó.
Vào cuối năm những năm 1960 Raymond Damadian đã khám phá ra rằng các mơ
ác tính có NMR khác nhau so với thơng số mơ bình thường. Ơng ngẫm nghĩ rằng, dựa
trên những khác biệt này chúng ta có thể biểu thị đặc điểm mô. Với các phát hiện này,
ơng đã thu được các hình ảnh đầu tiên NMR về một khối u chuột vào năm 1974. Năm
1974 Damadian và nhóm của ơng đã xây dựng các siêu máy quét NMR (được gọi là
Indomitable) và sản xuất ra hình ảnh đầu tiên về cơ thể con người trong gần 5h qt
( Hình 1).

Cùng thời điểm đó Paul Lauterbur cũng đã đi tiên phong về lĩnh vực này. Người ta
đã có những cuộc thảo luận, thắc mắc ai trong số hai người họ đi tiên phong về
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 4


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

MRI.Mặc dù công bằng mà nói, người ta đã chấp nhận rằng cả hai q ông trên đều có
được sự đóng góp của riêng họ về MRI.
Tên chụp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) đã thay đổi thành hình ảnh cộng hưởng
từ (MRI) vì người ta tin rằng các thuật ngữ “hạt nhân” sẽ không phổ biến rộng rãi.
Phần cịn lại, như họ nói về lịch sử. Vào đầu những năm 1980 tất cả các nhà máy
đã nghiên cứu sản xuất thiết bị hình ảnh y tế lớn và sản xuất máy quét MRI. Kể từ đó
có rất nhiều điều xảy ra trong điều kiện phát triển. Các phần cứng và phần mềm trở
nên nhanh hơn, nhiều hơn, thông minh và dễ dàng hơn để sử dụng. Nhờ sự phát triển
của các chuỗi xung MRI tiên tiến mở ra nhiều ứng dụng cho MRI, như chụp động
mạch cộng hưởng từ, hình ảnh và chức năng về truyền dịch và khuyếch tán quét.
Trong tương lai. Sự phát triển của cộng hưởng từ vẫn rộng mở, trong sự phát triển
liên tục hướng tới tương lai.
TẠI SAO LẠI LÀ MRI?
Khi sử dụng tia X cho cơ thể ta khơng nhìn thấy nhiều hình ảnh. Các hình ảnh có
màu xám và phẳng. Độ phân giải tổng thể tương phản của hình ảnh tia X là rất nghèo
nàn. Để tăng độ tương phản hình ảnh có thể sử dụng một số loại môi trường tương
phản, như Bari hoặc I-ốt dựa trên phương tiện tương phản. Qua thao tác các thông số
tia X điện áp (kV) và thời gian phát tia (mAs) có thể tối ưu hóa độ tương phản hình
ảnh hơn nữa nhưng vẫn còn chưa tối ưu. Với máy qt CT người ta có thể tạo ra hình
ảnh với độ tương phản nhiều hơn, hỗ trợ trong việc phát hiện các tổn thương ở mô
mềm.
Về nguyên tắc ưu điểm của cộng hưởng từ là độ phân giải tương phản tuyệt vời
của nó. Với MRI, nó có thể phát hiện sự khác biệt tương phản trong mơ mềm, thậm
chí cịn nhiều so với hình ảnh CT. Qua thao tác với thơng số MR có thể tối ưu hóa các
chuỗi xung cho bệnh lý nào đó. Một ưu điểm khác của MRI là khả năng tạo ảnh trong
mặt phẳng mà chúng ta có thể tưởng tượng được, điều đó gần như là không thể với tia
X và CT ( Với CT có thể tái tạo mặt phẳng khác từ tập hợp dữ liệu thu được dọc trục )
…

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 5


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

Tuy nhiên, độ phân giải khơng gian của hình ảnh tia X là khi sử dụng phim xquang đặc biệt, xuất sắc. Điều đó đặc biệt hữu ích khi nhìn vào cấu trúc xương. Trong
khi đó độ phân giải khơng gian của MRI so với tia X là rất thấp.
Tổng hợp lại chúng ta có thể sử dụng tia X và CT để hình dung cấu trúc xương
trong khi MRI là cực kì hữu ích cho việc phát hiện các tổn thương ở mô mềm.
CÁC PHẦN CỨNG.
Máy quét MRI có rất nhiều loại. Nó giống như đi siêu thị, bạn có nhiều sự lựa
chọn, có thể là nam châm vĩnh cửu, điện trở, siêu dẫn và hay loại nam châm mở hoặc
lỗ hổng, có hoặc khơng có helium, cường độ trường cao hoặc thấp. Lựa chọn của bạn
là gì? Lựa chọn nam châm chủ yếu được chi phối bởi dự định bạn sẽ làm gì với nó và
số lượng tiền bạn có trong ngân hàng. Nam châm có trường năng lượng cao đưa ra
được hình ảnh tốt hơn, quét nhanh hơn và 1 loạt các ứng dụng nhưng sẽ tốn kém hơn
so với trường năng lường thấp.
CÁC LOẠI NAM CHÂM.
Nam châm vĩnh cửu

Hình 2: Nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu gồm một vật chất, trong đó đã được từ hóa mà khơng mất đi
từ trường. Độ mạnh của từ trường thường rất thấp và dao động trong khoảng 0.064T ~
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 6


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

0.3T (đơn vị cường độ từ trường là Tesla. 1 Tesla = 10000 Gauss). Nam châm vĩnh
cửu thường có cấu trúc mở, tạo thoải mái hơn cho các bệnh nhân. Hình 2 cho thấy hệ
thống Toshiba Access 0.064 Tesla. Access là người đầu tiên mở ra thế giới máy quét
MRI.
Ưu điểm
Tiêu thụ điện năng thấp.
Chi phí vận hành thấp.
Dải vân nhỏ.
Khơng hỗn sinh hàn.

Nhược điểm
Cường độ trường bị hạn chế ( < 0.3 T )
Rất nặng.
Khơng có khả năng dập tắt.

Nam châm điện trở.

Hình 3: Hệ thống MRI Hitachi "s Airis 0,3 Tesla.
Nam châm điện trở là các nam châm điện rất l ớn, th ường được dùng nhi ều
trong các xưởng phế liệu. Từ trường được tạo ra bởi một dòng điện chạy qua
vòng dây. Nam châm điện trở có hai loại: lõi khơng khí và lõi s ắt. C ường đ ộ đi ện
trường có thể lên đến 0,3 Tesla. Q trình sản xuất sinh ra rất nhi ều nhi ệt, đòi

hỏi phải có nước làm mát. Chúng cần rất nhiều năng l ượng để chạy, và th ường
tắt khi không sử dụng để tiết kiệm năng lượng. Nam châm điện tr ở thường có
thiết kế mở, để giảm kích thước khi dùng nơi chật hẹp.
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 7


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN
Ưu điểm
Vốn chi phí thấp.
Khối lượng nhẹ.
Có thể đóng tắt.

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

Nhược đi ểm
Tiêu thụ điện năng cao.
Cường độ trường bị hạn chế (<0.2T).
Yêu cầu làm mát bằng nước.
Dải vân lớn.

Nam châm siêu dẫn.

Hình 4: Nam châm siêu dẫn
Ngày này, nam châm thông dụng nhất là nam châm siêu dẫn. Từ trường là được
tạo ra bởi một dòng điện chạy qua một vòng lặp của cuộn dây. Các dây được bao
quanh bởi một chất làm mát, như helium lỏng, để giảm điện điện trở của dây. Tại 4º K
(-269º C) điện trở của dây là thấp. Khi một hệ thống được nạp năng lượng, nó sẽ

khơng mất đi từ trường của nó. Tính siêu dẫn cho phép hệ thống sử dụng với cường độ
trường cao lên tới 12 Tesla. Những người sử dụng trong những môi trường lâm sàng
thường chạy ở 1.5 Tesla. Hầu hết các nam châm siêu dẫn là loại nam châm hình ống .
Hình 4 cho thấy cách xây dựng một nam châm siêu dẫn. Một số loại bình chân khơng,
có tác dụng như những lá chắn nhiệt độ, bao quanh lõi. Những lá chắn cần thiết để
ngăn chặn helium cô đặc quá nhanh.
Một ưu điểm khác của các nam châm siêu dẫn là từ trường có tính đồng nhất cao.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 8


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Hình 5 Các loại nam châm từ các nhà cung cấp khác nhau.
Ưu điểm
Cường độ từ trường cao.
Từ trường có tính đồng nhất cao.
Tiêu thụ điện năng thấp.
SNR cao.
Tốc độ quét nhanh.

Nhược điểm
Vốn chi phí cao.
Chi phí hỗn hợp sinh hàn cao.
Gây ra tiếng ồn.

Hiện vật chuyển động.
Kỹ thuật phức tạp.

Năm 1997 Toshiba giới thiệu đến thế giới nam châm siêu dẫn đầu tiên. Hệ thống
sử dụng một hợp kim kim loại đặc biệt, hợp kim đó làm thấp nhiệt độ cần thiết của sự
siêu dẫn. Ưu điểm của việc này là hệ thống không cần phải nạp Helium, làm giảm
đáng kể chi phí vận hành. Các thiết kế mở cũng làm giảm vấn đề khi sử dụng nơi chật
hẹp. Hình 6 cho thấy hệ thống Toshiba OPART 0,35 Tesla kết hợp một thiết kế mở với
những ưu điểm liên quan đến nam châm siêu dẫn.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 9


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Hình 6: Hệ thống Toshiba OPART
Một ưu điểm nữa của nam châm thiết kế mở là khả năng thực hiện các thủ tục can
thiệp trong khi quét.
Hình 7 cho thấy General Electric là siêu dẫn “kép” cường độ 0.5 Tesla. Các Bác sĩ
phẫu thuật đứng giữa hai cực của nam châm. Mặc dù máy cung cấp những thiết kế tốt
nhất cho phương thức can thiệp với bệnh nhân về khả năng tiếp cận, nhưng thực tế là
hai hệ thống 1.5 Tesla đã được sử dụng làm cho nó cực kỳ tốn kém.

Hình 7: Siêu dẫn kép
Xu hướng hiện nay trong thiết kế nam châm là thiết kế từ trường thấp so với lĩnh

vực thiết kế từ trường cao. Rõ ràng triển vọng mới sẽ là mong muốn kết hợp cả hai, và

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 10


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

chỉ có thời gian mới trả lời được liệu việc làm này có thể được thực hiện trong chi phí
sản xuất hợp lý và kỹ thuật hạn chế về cơ cấu.
CUỘN DÂY RF
Cuộn dây RF được cần thiết để truyền và nhận sóng vơ tuyến tương ứng với tần số
được sử dụng trong máy quét MRI. Cuộn dây RF là một trong những thành phần quan
trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Máy quét MRI hiện tại có một loạt các
cuộn dây RF phù hợp để thu được hình ảnh của tất cả các bộ phận trên cơ thể. Có hai
loại cuộn dây RF: cuộn khối và cuộn bề mặt.
Cuộn khối RF.
Các thiết kế của một cuộn khối thường có hình dạng n ngựa, bảo đảm trường RF
đồng nhất bên trong cuộn dây. Cuộn khối cần phải có diện tích kiểm tra bên trong các
cuộn dây. Chúng có thể được sử dụng cho truyền và nhận, mặc dù đôi khi được sử
dụng để chỉ nhận được.
Hình 8 hai cuộn khối. Các cuộn dây đầu là một truyền / nhận cuộn dây; các cuộn
dây đầu gối chỉ là nhận.

Hình 8: Cuộn đầu và cuộn đầu gối
Cuộn bề mặt.

Như tên đã gọi, cuộn bề mặt đặt gần khu dưới, kiểm tra như phần hàm dưới, viền
mắt hoặc vai. Các cuộn dây bao gồm một hay hai vịng dây điện đồng. Chúng có một
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 11


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

tín hiệu cao tỉ lệ nhiễu (SNR) và cho phép hình ảnh có độ phân giải cực cao. Điểm bất
lợi là tín hiệu rời đồng nhất rất nhanh chóng khi ta di chuyển ra xa các cuộn dây.
Trong trường hợp của cuộn bề mặt một hình trịn, sự thâm nhập sâu là khoảng một
nửa đường kính của nó.

Cuộn bề mặt.

Cuộn dây ở vai.

Cuộn dây ở cổ

Cuộn dây cột sống

Hình 9 : Một vài ví dụ về các cuộn bề mặt.
Cuộn cầu phương.
Cuộn cầu phương hoặc cuộn phân cực trịn có thể có hình dạng n ngựa hoặc như
một cuộn bề mặt. Chúng có điểm chung là chúng chứa ít nhất hai vịng dây, được đặt
ở góc bên phải với nhau. Ưu điểm của thiết kế này là chúng sản xuất √2 tín hiệu hơn

vịng cuộn dây duy nhất. Ngày nay, hầu hết các cuộn khối là cuộn cầu phương. Các
cuộn dây được hiển thị trong Hình 8 là cuộn dây cầu phương.
Cuộn mảng pha.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 12


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

Cuộn mảng pha gồm nhiều cuộn bề mặt. Cuộn dây bề mặt có tĩ lệ nhiễu SNR cao
nhất nhưng có một khu giới hạn nhảy cảm. Bằng cách kết hợp 4 hoặc 6 cuộn bề mặt
của nó có thể tạo ra một cuộn dây với một khu vực nhạy cảm lớn.
Hình 10 cho thấy các thiết kế của cuộn dây hai mảng pha. Cuộn mảng pha thân thể là
một cuộn khối, trong khi các cuộn dây mảng cột sống là một cuộn bề mặt. Cuộn dây
mảng sản xuất trung bình √2 tín hiệu hơn cuộn dây cầu phương. Ngày nay hệ thống
MRI đi kèm với cuộn cầu phương và cuộn mảng pha.

Hình 10 :Các thiết kế của cuộn dây hai mảng pha
PHẦN CỨNG KHÁC.
Có nhiều phần cứng cần thiết để thực hiện công việc trong hệ thống MRI. Một
phần rất quan trọng là các chuỗi RF, trong đó sản xuất các tín hiệu RF truyền vào bệnh
nhân, và nhận được các tín hiệu RF từ bệnh nhân. Trên thực tế, các cuộn dây nhận
được là một phần của chuỗi RF. Phạm vi tần số sử dụng trong MRI là giống như được
sử dụng cho truyền dẫn vơ tuyến. Đó là lý do tại sao máy quét MRI được đặt trong
một lồng Faraday để ngăn chặn sóng radio để vào phịng máy qt, mà có thể hiển thị

hình ảnh trên MRI. Có người đã từng nói: "MRI là như xem truyền hình với một đài
phát thanh".
Hơn nữa, người ta cần một bộ xử lý để xử lý các tín hiệu nhận được, cũng như để
kiểm sốt mức độ phức tạp của việc quét.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 13


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

NĨI VỀ VẬT LÝ.
GIỚI THIỆU
Đây chính là khó khăn để quyết định nơi bắt đầu khi bạn muốn giải thích về MRI.
Bạn muốn nói, "Bắt đầu từ đầu", và bạn nói đúng, rằng là nơi mà tất cả những câu
chuyện tốt đẹp bắt đầu. Nhưng với vật lý MRI có một chút khó khăn hơn, bởi vì đây là
nơi đầu tiên người ta phải thiết lập, nơi mà bắt đầu là hoặc đặt trong một cách gì, bạn
muốn biết bao nhiêu?
Theo như tiêu đề đã biết câu chuyện này là để lôi kéo những người cần tìm hiểu và
những người cần phải biết những điều rất cơ bản về vật lý MRI. Trong những cách
này việc viết ra là dễ dàng bởi vì tơi có thể mở rộng một vùng lớn của vật lý MRI. Mặt
khác, nó là rất khó khăn bởi vì tơi phải coi như bạn chưa biết gì nhưng tơi phải giải
thích một cái gì đó phức tạp theo một cách để hiểu dễ dàng nhất. Tơi tin rằng, điều đó
khơng phải là dễ dàng. Nhưng điều đó lại là vấn đề của tơi. Sau tất cả, nó là cơng việc
của tơi.
SỰ TỪ HĨA.

Chúng ta hãy bắt đầu cuộc hành trình vào trong vật lý MRI bằng cách nhìn xung
quanh chúng ta. Chúng ta thấy gì? Trong số một loạt các mục mà khơng có gì để làm
với MRI chúng ta sẽ thấy trái đất. Có một vài điều chúng ta biết về trái đất:
1. Trái đất là một quả bóng khổng lồ trôi nổi trong không gian. Không ngẫu
nhiên, nhưng điều đó là một câu chuyện khác.
2. Trái Đất có một mặt trăng và mặt trăng xoay quanh trái đất.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 14


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

3. Trái đất có điện tích. Cho dù đó là tích cực hay tiêu cực cũng không quan
trọng.
4. Trái đất quay xung quanh trục riêng của nó. Đây là chút thú vị.
5. Có trái đất chiếm 70% là nước và phần lớn chúng dường như đã về vuờn sau
nhà tôi khi tôi đang viết về điều này.
Trong khơng gian khổng lồ này, điện tích được tích điện và quay trịn được thả trơi
nổi. Khá vui, điều đó khơng có gì để lo lắng. Từ những bài học vật lý ở trường, chúng
ta có thể nhớ rằng điện trường biến thiên sinh ra từ trường. Và chắc chắn, trái đất có
một từ trường, mà chúng tơi sử dụng để tìm tọa độ của chúng tơi từ nơi này đến nơi
khác bằng phương tiện là một la bàn. Cường độ từ trường của trái đất là khá nhỏ: 30T
ở hai cực và 70T tại đường xích đạo (Tesla là đơn vị cho từ trường, Ampere là cho
dòng điện ).
Trước mắt, chúng ta có thể thấy trái đất hoạt động như một thanh nam châm quay

khổng lồ, với một cực Bắc và một cực Nam ( Hình 11). Và đừng qn nó ẩm ướt, rất
ẩm ướt.

Hình 11: Nam châm
Có thể bạn tự hỏi tất cả những điều này liên quan tới MRI, tôi sẽ chỉ ra cho các bạn
ngay bây giờ.
Bây giờ chúng ta hãy nhìn lên bản thân chúng ta. Chúng ta có điểm gì chung với
trái đất? Trước mắt chúng ta sẽ khơng thấy có sự liên quan nhiều, nhưng khi chúng ta
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 15


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

đặt cơ thể chúng ta dưới một chiếc kính hiển vi điện tử: Chúng ta có thể nhìn thấy mọi
thứ trơng khá quen thuộc. Chúng ta nhìn thấy quả bóng nhỏ bé, quay xung quanh trục
của mình và cũng có điện tích, có quả bóng nổi khác xoay quanh nó (giống như mặt
trăng với trái đất). Ngun tử là những gì chúng tơi đang tìm kiếm. Và nguyên tử có
tất cả mọi thứ để làm với MRI, vì chúng ta sử dụng để tạo ra hình ảnh MR.
Một điều nữa chúng ta có chung với trái đất là nước. Cơ thể chúng ta có tới 80% là
nước.
Từ những bài học hóa học, chúng ta biết rằng có rất nhiều yếu tố khác nhau cấu
thành sự chính xác. Bởi vì chúng ta tồn tại chủ yếu bởi nước, nên hãy có một cái nhìn
kĩ hơn vào nó. Nước gồm 2 nguyên tử Hydrogen và 1 nguyên tử Oxy. Các nguyên tử
hydro ( nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hồn ) có một hạt nhân gọi là proton được
tích điện và một electron quay xung quanh nó.

Proton này được tích điện và nó quay quanh trục của nó. Hiện tượng này xảy ra
tương tự với Trái Đất. Ngồi ra các proton hydrogen có thể được coi như một thanh
nam châm nhỏ xíu với một cực bắc và một cực nam.
Tại sao chúng ta coi hydrogen là nguồn khảo sát cộng hưởng MRI ?
Có hai lý do. Trước hết, proton hydrogen có trong hầu hết cấu trúc của cơ thể và là
nguyên tố phổ biến. Thứ hai, trong vật lý lượng tử có một điều được gọi là tỉ số hồi
chuyển (Gyro Magnetic Ratio); tỉ lệ này thể hiện cho sự khác nhau mỗi proton. Nó chỉ
xảy ra khi tỷ lệ Gyro Magnetic Ratio của Hydrogen là lớn nhất; 42,57 MHz / Tesla.
Đối với những người thực sự muốn biết, Hydrogen không phải là yếu tố duy nhất
chúng ta có thể sử dụng cho hình ảnh MR. Trong thực tế cịn nhiều ngun tố khác
khác, trong đó có một số các hạt trong hạt nhân có thể được sử dụng đó là:
Bảng 1 : Nói về các nguyên tố có thể dùng cho MRI.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 16


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Nếu chúng ta nhìn vào một loạt các proton hydro (như trong một phân tử), chúng
ta có thể thấy, trên thực tế, rất nhiều thanh nam châm nhỏ quay quanh trục của nó.
Chúng ta có thể nhớ lại từ các bài học trước, hai cực bắc và hai cực nam của hai nam
châm đẩy nhau, trong khi hai cực ngược dấu sẽ hút lẫn nhau.
Trong cơ thể của chúng ta những thanh nam châm nhỏ được đặt như cách mà các
lực lượng từ tính cân bằng.
Bây giờ chúng tôi đã nêu lên một số thông tin thú vị , cho phép có một cái nhìn

vào những gì sẽ xảy ra khi chúng tơi cố gắng tiến hành xét nghiệm MRI.

Hình 12
Như chúng ta đã thấy trong đoạn về phần cứng, nam châm được sử dụng cho hình
ảnh MR đi vào các lĩnh vực khác nhau với nhiều điểm mạnh. Cường độ từ trường của
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 17


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thông

một 1,5 Tesla nam châm mạnh hơn trái đất ± 30.000 về từ lực! Điều này cho thấy rằng
chúng ta đang làm việc với các thiết bị có khả năng gây nguy hiểm ( Điều đó được thể
hiện ở sau này ).
Khi chúng tơi đặt một người trong một nam châm một số điều thú vị xảy ra với các
proton hydro:
1. Họ phù hợp với từ trường. Điều này được thực hiện theo hai cách khác nhau,
song song hoặc chống song song.
(B0 là dấu hiệu cho từ trường của máy qt MRI)

Hình 13
2. Các tính chất chuyển động từ tính của các ngun tử.

Hình 14
Các tính chất chuyển động đảo với một vài tần số được thể hiện theo phương trình
Larmor. Các tần số được xác định bằng phương trình :

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 18


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Trong đó :
w0 - là tần số đảo, tính bằng Hz hoặc MHz.
b0 - là cường độ từ trường ngồi, tính bằng Tesla.
γ - là tỷ số hồi chuyển (Gyro-magnetic ratio).
Ở đây chúng ta thấy hai điều mà chúng ta đã thảo luận trước đây. Gyro-magnetic ratio
và các cường độ từ trường.
Vì vậy, từ những điều trên, chúng ta đã có được phương trình đã được trình bày
như trên, và phương trình thể hiện được sự quan trọng trong máy MRI? Vâng, chúng
ta cần các tần số Larmor để tính tốn tần số hoạt động của hệ thống MRI.
Nếu chúng ta có một hệ thống MRI 1.5 Tesla thì Larmor hoặc tần số chuyển động
đảo được xác định: 42,57 x 1,5 = 63,855 MHz. Các tần số đảo của 1.0T, 0.5T, hệ
thống 0.35T và 0.2T sẽ làm việc ra là 42,57 MHz, 21,285 MHz, 14,8995 MHz và
8,514 MHz tương ứng. Bạn có thể xem các giá trị trên hệ thống của bạn bằng cách
kiểm tra các trung tâm tần số hoặc cụm từ tương tự.
Bây giờ chúng ta cần biết thêm những gì sẽ xảy ra với các proton hạt nhân khi
chúng ta đưa một người vào trong các máy quét. Chúng ta tiếp tục câu chuyện và xem
những gì sẽ xảy ra tiếp theo.
Khi các proton trải nghiệm một từ trường mạnh từ máy quét, chúng tôi thấy rằng
chúng sắp xếp với các trường trong hai cách: song song và đối song song. Bạn có thể

gọi : năng lượng thấp và năng lượng cao.
Sự phân bố của các proton cho cả hai mức năng lượng là không giống nhau. Các
proton, cũng giống như nhiều người, lười biếng. Họ thích được ở trạng thái năng
lượng thấp. Có nhiều proton song song hoặc thấp trạng thái năng lượng hơn là những
proton đối song song hoặc trạng thái năng lượng cao (Hình 15). Tuy nhiên, nó "khơng
phải là một sự khác biệt lớn. Lượng dư thừa của các proton thẳng song song trong
một 5T chỉ là 3 triệu (3 ppm = đơn vị phần triệu), trong một hệ thống 1.0T có 6 triệu
SVTH: Trần Văn Linh

Trang 19


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

và trong một 1.5T có là 9 triệu. Vì vậy, số lượng proton thừa là tỷ lệ thuận với B0. Đó
cũng là lý do tại sao 1.5T, hệ thống làm cho hình ảnh tốt hơn so với các hệ thống với
cường độ trường thấp hơn. Proton 9 ppm dường như rất nhiều, nhưng trong thực tế
cuộc sống nó lên thêm đến khá nhiều. có một điều nhìn vào các tính tốn sau đây đã
được thực hiện bởi Moriel NessAiver, Ph.D. (Ông đã viết một cuốn sách tuyệt vời về
MRI về vật lý, mà tôi đánh giá cao ở giới thiệu. Xem thêm phần giới thiệu). Ơng tính
tốn nhiều proton dư thừa có trong một voxel đơn (lượng tử) ở 1.5T.
• Giả sử một voxel là 2 x 2 x 5mm = 0,02 ml
• Avogadro nói rằng : “1 mol của bất kỳ một chất không phân ly chứa cùng một
số phần tử xấp xỉ bằng 6.02 x 10^23.
• 1 mol nước nặng 18 gram (), có 2 mol hydro và lấp đầy 18ml.
• 1 voxel nước có : ( 2x 6,02x 10 ^23x 0,02 ) /18= 1,388 x 10^21 tổng số proton
• Tổng số proton dư thừa bằng =

6.02x hoặc 6 triệu tỷ !!!
Đừng làm điểu này ở nhà ( Nói cách khác : hãy nhớ lấy điều này )
Cuối cùng, chúng ta thấy rằng có một sự từ hóa thực (tổng của tất cả các trường từ
tính nhỏ của mỗi proton) chỉ trong cùng một hướng như hệ thống từ trường.
Đó là với từ hóa thực này chúng ta tiếp tục.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 20


Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Hình 15
Để xem những gì sẽ xảy ra với từ hóa thực chúng ta xét tới thí nghiệm MRI trong
một cách dễ dàng, đến với cộng đồng khoa học bằng các ý tưởng tuyệt vời để hình
dung nó bằng các phương tiện của các vectơ. Một vector (mũi tên đỏ trong hình 16) có
một hướng đi và một năng lượng. Để xem những gì sẽ xảy ra với các vector (từ hóa
thực) chúng ta hãy tưởng tượng một khung quay, đó là khơng có gì khác hơn là một
tập hợp các trục được gọi là X, Y và Z.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 21

Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I
BKHN

Vi ện Đi ện t ử - Vi ễn thơng

Hình 16
Trục Z ln ln chỉ theo hướng chính của từ trường, trong khi X và Y được chỉ
vng góc với Z. Ở đây chúng ta thấy (màu đỏ) vector từ hóa chỉ trong hướng giống
như trục Z . Các từ hóa thực tại Mz gọi là từ hóa theo chiều dọc.
Điều đó bây giờ có thể làm cho bản vẽ đơn giản của khi mang từ hóa trong chuyển
động.

SVTH: Trần Văn Linh

Trang 22