MRI full nguyên lý hoạt động máy MRI

Chương 14: Magnetic Resonance Imaging
I.Tính chất của proton:
•
•

•
•

Mỗi hạt mang điện quay sẽ tạo từ trường xung quanh nó.
Khi ta đặt 1 từ trường ngoài B0 vào các hạt mang điện, chúng sẽ quay theo
phương của B0 (chỉ cùng phương, có thể cùng chiều hoặc ngược chiều):
o Các hạt có năng lượng yếu sẽ quay theo chiều của từ trường ngoài
o Các hạt có năng lượng cao sẽ quay ngược chiều với từ trường ngoài
Các hạt mang điện có từ trường ngược chiều nhau sẽ tự triệt tiêu nhau.
Đối với các hạt nhân có số khối lẻ, do xét trên số hạt mang điện rất lớn, thì
sau khi bỏ đi các từ trường ngược chiều, ta còn lại từ trường M 0 của các hạt
mang điện dư ra.

II.Tần số cộng hưởng:
•
•
•

Ta có công thức
Với:
o
o
o

: tần số Larmor, tần số tiến động hay tần số cộng hưởng
: từ trường ngoài đặt vào (Tesla)

: tỉ số tự hồi chuyển (Hz/T) – khác nhau, khoảng 42,56 cho từng loại
mô

III.Nguyên tắc của MRI:
•
•
•

Khi cho 1 sóng RF tác động vào hạt mang điện, các hạt này sẽ chuyển động
đổi chiều.
Khi cắt RF, năng lượng hấp thụ bởi RF được thải ra môi trường ở tần số cộng
hưởng, phát ra bức xạ.
Do thời gian hồi phục của từng loại mô khác nhau nên thời điểm phát ra RF
sẽ khác nha  ta thu nhận được sự khác biệt cho từng loại mô  hình ảnh
MRI

IV.Thời gian hồi phục:
a.Thời gian giãn T1 (Thời gian hồi phục phương z):
•
•

Liên quan đến mặt phẳng đứng
Là thời gian trả từ năng lượng thấp về năng lượng cao cho phương z.

•

Sau khi hồi phục, MZ = 63,28% M0

b.Thời gian giãn spin-spin T2 :

•
•

Liên quan đến mặt phẳng ngang
Do MZ tăng lên 63,28%M0 nên MXY giảm 63,28% M0

c.Thời gian T2*:

•
•
•

Khi xem xét lý thuyết ở trên, ta giả sử từ trường ở mỗi điểm bằng nhau
Nhưng thực tế thì từ trường không bằng nhau  có thời gian T2*
Ngoài ra do hiện tượng không đồng pha nên sẽ có thời gian tổn thất T 2*

V.Thiết bị MRI:
Gồm có 3 phần:
o
o
o

Nam châm
Các thiết bị phụ trợ
Kiểm soát chất lượng hình ảnh

1.Nam châm:
•
•

•
•

•

Có độ từ trường lớn
Thởi gian ổn định
Có độ đồng nhất từ trường
Có 3 loại nam châm :
o Permanent : nam châm vĩnh cửu
o Superconductor: nam châm siêu dẫn
o Resistive: nam châm điện trở
 Có 3 loại máy MRI:
o MRI nam châm vĩnh cửu:
 To, nặng, từ trường tạo ra yếu khoảng 0,1-0,35 T
 Chi phí vận hành thấp, độ đồng nhất về mặt từ trường thường
thấp hơn nam châm siêu dẫn
 Không có chức năng tắt từ trường trong TH khẩn cấp
o MRI nam châm siêu dẫn (Hiện tượng siêu dẫn: hạ xuống O 0 K thì
R=0):
 Chi phí ban đầu cao
 Chi phí làm lạnh cao (giữ ở 4 Kevin)
 Khó cắt từ trường
 Dây dẫn có 2 lớp Nitơ để đè ko để Heli bay hơi, bên ngoài có lớp
chân không để tránh phỏng lạnh và tránh tăng nhiệt do trao đổi
nhiệt với môi trường
o MRI nam châm điện trở: nam châm lõi không khí hay kim loại
 Cần cung cấp dòng điện liên tục để duy trì từ trường








Tạo từ trường nhỏ 0,1-0,7T
Do có R nên sinh nhiệt (Q=Uit)  cần hệ thống làm lạnh
Dễ tắt từ trường
Dạng mở
Độ đồng nhất từ trường kém
Từ trường dạng vân

2.Các thiết bị phụ trợ:
•
•
•
•

Shim coil: cuộn dây thêm vào để bù vào B0, tạo từ trường thuần nhất
Gradient coil: định vị không gian
RF coil: tạo tín hiệu RF, có bộ phận phát và thu
Các lồng Faraday để chặn sóng RF bên ngoài tác động vào máy MRI và chặn
từ trường của máy phát ra

3.Kiểm soát chất lượng hình ảnh:
Để có thể phân biệt được các vị trí khác nhau trong MRI, ta cần thay đổi tần số
Larmor.
Để làm điều này ta cần RF và gradient từ trường:

a.Tạo gradient từ trường:
•
•

Sử dụng 2 cuộn dây tạo từ trường đồng thời
Cộng 2 từ trường này lại ta được đoạn tuyến tính

b.Thay đổi tần số Larmor:
•
•

Tần số Larmor thay đổi dọc theo gradient
Lấy đoạn tuyến tính của gradient từ trường đặt vào từ trường B 0


B thay đổi  thay đổi
•
•

Vị trí của hạt nhân được tạo ra dựa trên sự thay đổi tần số và pha của chúng.
Để xác định chính xác vị trí hạt nhân ở 2D thì ta cần 3 gradient trong quá
trình tạo xung:
o Slice Select Gradient (SSG)
o Frequency Encode Gradient (FEG)
o Phase Encode Gradient (PEG)

*Slice Select Gradient (SSG): theo phương Z
Sử dụng xung RF có băng thông hẹp và tính chọn lọc cao đặt vào toàn thể
tích cần chụp
Từ đó ta tình được độ dày Slice

* Frequency Encode Gradient (FEG): theo phương X
•
•
•

Gradient để dọc tín hiệu ra
Vuông góc với SSG
Khi xoay FEG sẽ cung cấp các hàm của góc


•

Khi cộng các tín hiệu lại thì ta có dạng ko chuẩn  dùng Fourier
Transform về dạng sin

*Phase Encode Gradient (PEG): theo phương Y
Quá trình PEG ở giữa SSG và FEG
SSG  PEG  FEG
Sử dụng PEG để bổ sung những chuyển động 3D của bệnh nhân
*Toàn quá trình:
RF  SSG  PEG  FEG  Echo  Data acquisition
VI. Yếu tố ảnh hưởng độ phân giải không gian
•
•
•
•
•

FOV pixel size
Gradient strength

Đặc tính cuộn nhận RF
Băng thông mẫu (sampling bandwith)
Ma trận điểm ảnh

VII. Độ an toàn và ảnh hưởng về mặt sinh học:
•
•
•
•

Từ trường thay đổi theo thời gian
Tạo tiếng ồn
Khi chụp bị giới hạn không gian  ảnh hưởng người bị chứng sợ giam cầm
Cẩn thận với người sử dụng bộ phận cấy ghép


•
•
•

Có làm nóng mô ( các proton trong phân tử quay, tạo ma sát, sinh nhiệt )
Khi B>20T, enzym bị thay đổi  thay đổi tính thấm tế bào, thay đổi tín hiệu
sinh học
Có thể làm nổ đom đóm mắt

Câu hỏi ôn tập:
1. Tần số cộng hưởng Larmor của 1,5T là bao nhiêu ?

•
•

•
•
2.Từ trường MRI 1,5T gấp 30 000 lần từ trường trái đất
3.Cuộn dây gradient dùng để làm gì?
•
•

Dùng để định vị vị trí hình ảnh
Sử dụng 3 cuộn dây SSG – z, FEG –x, PEG-y

4.Ảnh giả do cử động trong MRI thì theo hướng nào ?
•

Hường của PEG – phương Y

5.Nam châm siêu dẫn khác nam châm điện trở như thế nào?
•
•
•
•
•

Mắc tiền hơn
Không bị mất năng lượng ( do dòng qua gần = 0)
Khó cắt từ trường ( vì cần phải kích từ lại ban đầu)
Cần Heli lỏng để vận hành
Sử dụng cho các máy có từ trường cao

6.Cuộn RF được thu nhận theo mặt phẳng nào?
•

Mặt phẳng ngang

7.Khi tăng thì tăng
8.Thông số nào không ảnh hưởng thời gian quét ?
•
•
•
•
•

TE
FOV
Độ dày slice
Băng thông RF
Flip Angle


9.Thông số nào ảnh hưởng thời gian quét?
•
•
•

Matrix size
TR
NEX

10.Hạt nào không sử dụng cho MRI ( H-1, C-12, C-13, Na -23, P-31) ?
•
•

Khi ở trạng thái bình thường, mỗi proton có spin sắp xếp ngẫu nhiên
Khi có từ trường ngoài đặt vào thì sẽ cùng phương với từ trường ngoài
nhưng:
o Cùng chiều B0 khi có NL yếu
o Ngược chiều B0 khi có NL cao

 Từ trường sẽ bị triệt tiêu hết nếu hạt có số proton là chẵn và ko thể tạo ảnh MRI
 Ko sử dụng hạt C-12
11.Tăng từ trường thì sẽ thay đổi T1 thế nào ?
Tăng T1
12.Tiếng kêu tóc tóc của máy MRI được tạo ra bởi ?
Cuộn gradient
13.Cuộn shim dùng làm gì?
•

Tăng độ đồng nhất của từ trường ngoài

14.Van tim nhân tạo chống chỉ định cho MRI
15.Nam châm vĩnh cửu ko dùng điện để tạo từ trường
16.Tăng băng thông RF sẽ gây ra gì ?
•
•

Tăng bề dày lát cắt
Giảm SNR

17.Tăng SNR là do ?
•
•

Tăng số trung bình các loại mô
Tăng FOV (nhận tín hiệu nhiều  nhiễu nhiều)

18.Tái tạo ảnh trong MRI sử dụng 2D FFT
19.Sự giảm theo phương ngang gọi là gì ?
•

Spin –spin relaxtion


20.Dây chằng nối cơ xương thường có điểm tối trên ảnh MRI là do ?
•

T2 ngắn

21.Độ phân giải không gian được tăng bắng cách ?
•
•

Giảm độ dày slice ( giảm bề dày voxcel, giảm hiện tượng trung bình hóa các
loại mô  tăng độ phân giải )
Giảm FOV ( khoảng cách giữa 2 điểm ảnh ngắn lại)

*NEX ko làm ảnh hưởng độ phân giải không gian