Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ PMRI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ

TRẦN THỊ VÂN

TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH
CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ

TRẦN THỊ VÂN

TÌM HIỂU NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH
CỘNG HƯỞNG TỪ MRI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : Sư phạm kĩ thuật

Người hướng dẫn khoa học
GV. TRẦN QUANG HUY

HÀ NỘI, 2013


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của
mình tới GV. Trần Quang Huy, người đã hướng dẫn tận tình và thường
xuyên động viên chúng em trong quá trình hoàn thiện đề tài. Người đã dành
cho em sự giúp đỡ ưu ái nhất trong thời gian học tập, nghiên cứu cũng như
quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý trường Đại học sư
phạm Hà Nội 2, người đã dạy dỗ, tạo điều kiện và đóng góp ý kiến để chúng
em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và người thân luôn
cổ vũ, động viên, giúp đỡ em hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 Năm 2013
Sinh viên

Trần Thị Vân


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan khóa luận này được hoàn thành do sự cố gắng tìm
hiểu nghiên cứu của bản thân cùng với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình và hiệu
quả của GV. Trần Quang Huy cũng như các thầy cô trong khoa Vật lý –
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2. Và đây cũng là đề tài không trùng với các
đề tài khác.
Hà Nội, tháng 05 năm 2013
Người thực hiện

Trần Thị Vân


MỤC LỤC

Trang phụ bìa....................................................................................................
Lời cảm ơn .......................................................................................................
Lời cam đoan.....................................................................................................
Danh mục các chữ viết tắt.................................................................................
Danh mục các hình vẽ.......................................................................................
MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1
NỘI DUNG....................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH.......................................3
CỘNG HƯỞNG TỪ.........................................................................................3
1.1 Khái niệm MRI..................................................................................... 3
1.2 Lịch sử phát triển của MRI................................................................... 3
1.3 Ưu nhược điểm của MRI......................................................................4
1.4 Ứng dụng của MRI...............................................................................4
1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI tại Việt Nam............................................... 8
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI..................9
2.1 Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI.....................................9
2.1.1 Khái quát chung............................................................................. 9
2.1.2 Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW..................................... 15
2.2 Tìm hiểu nguyên lí..............................................................................16
2.2.1 Cộng hưởng từ.............................................................................16
2.2.2 Từ tính của cơ thể........................................................................22
2.2.3 Khung quay tham chiếu................................................................26
2.2.4 Sự phục hồi..................................................................................28
2.2.4.1 Trọng số.................................................................................28
2.2.4.2 Nguyên nhân phục hồi...........................................................31


2.2.4.3 Sự không đồng nhất khi mất mát nguồn tín hiệu....................32
2.2.5 Quy trình làm việc........................................................................ 33

2.2.6 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu và tỉ số tương phản trên nhiễu...............34
CHƯƠNG 3: MÁY CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ MRI.................................... 35
3.1 Cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ....................................................... 35
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống tạo ảnh MRI.................................................36
3.2.1 Từ trường.....................................................................................36
3.2.2 Các loại nam châm.......................................................................37
3.2.3 Gradient.......................................................................................37
3.2.4 Máy tính.......................................................................................37
KẾT LUẬN....................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................39


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MRI

Magnectic Resonance

Ảnh cộng hưởng từ

Imaging
NMR

Nuclear Magnetic Resonance

Cộng hưởng từ hạt nhân

PD

Proton Density

Mật độ proton

PDW

Proton Density - weighted

Mật độ proton có trọng số

T1

Longitudinal relaxation time

Thời gian dãn theo trục dọc

T1W

T1- weighted

Trọng số T1

T2

Transverse relaxation time

Thời gian dãn theo trục ngang

T2W

T1- weighted

Trọng số T2

TE

Time of Echo

Thời gian phản hồi

TR

Time of Reptition

Thời gian lặp lại

RF

Radiofrequency pulse

Xung tần số vô tuyến


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú bằng phương pháp MRI.
Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch bằng phương pháp MRI.
Hình 1.3: Phim chụp xương khớp bằng phương pháp MRI.
Hình 1.4: Phim chụp tủy sống bằng phương pháp MRI.
Hình 2.1: Mô tả một proton có momen từ  được đặt trong từ trường ngoài
Bo và có chuyển động đảo  .
Hình 2.2: Mô tả kích thích hạt nhân (cộng hưởng từ) và quá trình dãn (bức xạ

năng lượng dưới dạng tín hiệu RF)
Hình 2.3: Mô tả quá trình tử hóa dọc và từ hóa ngang. M 0 là véctơ từ hóa ở
trạng thái cân bằng. Y là hướng của vecto từ hóa ngang. M z là véctơ từ hóa
khi dãn theo trục dọc.
Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ giữa thời gian T1, T2 với mức độ từ hóa và
cường độ tín hiệu trên phim chụp.
Hình 2.5: Kim la bàn dưới tác động của từ trường.
Hình 2.6: Spin của hạt nhân.
Hình 2.7: Từ hóa M quay xung quanh từ trường B0 .
Hình 2.8: Các spin được hiển thị bằng các mũi tên.
Hình 2.9: Sự ảnh hưởng của sóng vô tuyến đến sự tiến động của hạt nhân
xung quanh từ trường B0

tại tần số Larmor.

Hình 2.10: Ảnh hưởng của từ trường Bo đến sự tiến động.
Hình 2.11: Dữ liệu ảo minh họa cường độ tín hiệu và độ tương phản trong
chai chứa thạch.
Hình 2.12: Sơ đồ quy trình làm việc trên một trục thời gian (từ trái sang phải).
Hình 3.1: Cấu tạo của máy chụp cộng hưởng từ MRI.
Hình 3.2: Sơ đồ khối của hệ thống tạo ảnh MRI.


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong những năm gần đây cùng với sự bùng nổ của cách mạng công
nghệ thông tin, ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với
tốc độ nhanh nhất. Kĩ thuật điện tử đã thâm nhập và được ứng dụng rộng rãi
trong mọi lĩnh vực của đời sống.
Trong lĩnh vực y tế, nhờ có kĩ thuật điện tử mà công việc chuẩn đoán

và điều trị đã đạt được nhiều thành tựu to lớn. Các máy điện tim, điện não,
các máy X- quang, máy siêu âm, máy chụp cộng hưởng MRI … đã có ở các
bệnh viện để giúp các bác sĩ trong việc chuẩn đoán, điều trị và chăm sóc sức
khỏe cho con người .
Máy chụp cộng hưởng từ MRI ( Magnetic Resonance Imaging ) là một
kĩ thuật chuẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng
từ trường và sóng radio dựa trên nguyên lí ảnh cộng hưởng từ MRI . Phương
pháp này không sử dụng tia X và an toàn cho bệnh nhân. Máy chụp cộng
hưởng từ là một thiết bị nhạy cảm và đa năng giúp ta thấy hình ảnh các lớp
cắt của các bộ phận của cơ thể từ nhiều góc độ trong một thời gian ngắn .
Chụp cộng hưởng từ là một kỹ thuật nhanh gọn không gây ra ảnh
hưởng phụ, là một phương pháp chuẩn đoán hình ảnh hiện đại , hiệu quả và
phổ biến trên thế giới. Ngày nay MRI được sử dụng để kiểm tra gần mọi cơ
quan trong cơ thể não hoặc dây cột sống.
Trong khóa luận này em tìm hiểu “ Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ
MRI” nhằm nâng cao được tầm hiểu biết và tiếp cận sâu hơn với kĩ thuật điện
tử.
2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiểu biết về kĩ thuật điện tử nói chung và nguyên lí tạo ảnh
cộng hưởng MRI nói riêng.

9


Nghiên cứu về máy chụp ảnh cộng hưởng MRI trong thực tế.
3. Nhiệm vụ
Nghiên cứu lý thuyết nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI.
Nghiên cứu về máy chụp ảnh cộng hưởng MRI.
4. Phương pháp nghiên
cứu Nghiên cứu lý

thuyết.
5. Cấu trúc khóa luận
Nội dung cấu trúc luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về tạo ảnh cộng hưởng từ
Chương 2: Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ MRI
Chương 3: Máy chụp cộng hưởng từ MRI


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TẠO ẢNH
CỘNG HƯỞNG TỪ
1.1. Khái niệm MRI
MRI là đưa cơ thể vào vùng từ trường mạnh để đồng hòa chiều chuyển
động của các nguyên tử hydro trong các phân tử nước của cơ thể và một ăngten thu phát sóng vô tuyến tần số thấp (tần số vô tuyến này được thay đổi
trong vùng từ trường ổn định của nam châm chính tùy theo mục đích khảo sát
của sự phân biệt mỡ, nước...). Được sử dụng để gửi tín hiệu đến cơ thể gặp
các nguyên tử hydro của cơ thể, sau đó nhận lại tín hiệu về chiều chuyển động
của các nguyên tử này, tín hiệu của ăng-ten được truyền về trung tâm máy
tính xử lí tín hiệu số sau đó các tín hiệu được truyền về máy tính điều khiển
và các hình ảnh cấu trúc cơ thể được mô phỏng tại đây.
Chụp cộng hưởng từ hay MRI ( Mangenetic Resonance Imaging ) là
một kỹ thuật chuẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử
dụng từ trường và sóng radio. Phương pháp này không sử dụng tia X và an
toàn cho bệnh nhân. Máy chụp cộng hưởng từ là thiết bị nhạy cảm và năng
giúp ta thấy hình ảnh các lớp cắt của các bộ phận cơ thể từ nhiều góc độ trong
khoảng thời gian ngắn.
Chụp cộng hưởng từ là một phương pháp chuẩn đoán hình ảnh hiện
đại hiệu quả là phổ biến trên thế giới. Ngày nay, MRI được sử dụng để kiểm
tra gần như mọi cơ quan trong cơ thể. Kĩ thuật này đặc biệt có giá trị trong
việc chụp ảnh chi tiết não hoặc dây cột sống. Kể từ khi MRI mang lại hình

ảnh 3 chiều, bác sĩ có thể nắm được địa điểm thương tổn những thông tin như
vậy rất có giá trị trước khi phẫu thuật.
1.2. Lịch sử phát triển của MRI
Quá trình phát triển của MRI bắt đầu từ những năm 50 của thế kỉ trước,
Felix Bolch và Edward Purcell, hai nhà khoa học được giải Noben vật lý năm


1952 đã phát hiện ra hiện tượng cộng hưởng từ vào năm 1946 và từ năm 1950
đến năm 1970 cộng hưởng từ đã được ứng dụng và phát triển rộng rãi.
Đến năm 1970, nền tạo ảnh y học thế giới đã có sự thay đổi đáng kể với
sự công bố kết quả nghiên cứu của tiến sĩ Raymond Damidian. Ông phát hiện
ra cấu trúc cơ thể người bao gồm phần lớn là nước và đó là chìa khóa cho ứng
dụng tạo ảnh cộng hưởng trong y tế. Sau đó tiến sĩ Damidian và các cộng sự
đã tiếp tục nghiên cứu miệt mài trong vòng 7 năm và đã thiết kế chế tạo ra
chiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiên dùng trong việc tạo ảnh y tế của cơ thể
người. Đến năm 1980, chiếc máy chiếc máy quét cộng hưởng từ đầu tiên
được đưa vào sử dụng. Đến năm 1987 Cardiac MRI được đưa vào sử dụng
cho việc chuẩn đoán các bệnh về tim mạch. Đến năm 1993 fMRI (Functional
MRI) dùng để chuẩn đoán các chức năng và hoạt động của não bộ.
Kĩ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ MRI hiện đã trở thành một phương
pháp phổ thông trong y học chuẩn đoán hình ảnh. Các thiết bị MRI đầu tiên
ứng dụng trong y học xuất hiện vào đầu những năm 1980 và cho đến năm
2002 đã có gần 22000 camera MRI được sử dụng trên toàn thế giới, mỗi năm
có gần 60 triệu ca chuẩn đoán bằng MRI và phương pháp này vẫn đang phát
triển nhanh.
1.3. Ưu và nhược điểm của MRI
1.3.1. Ưu điểm
- Ảnh của cấu trúc mô mềm trong cơ thể như tim, phổi, gan và các cơ quan
khác rõ hơn và chi tiết hơn so với các phương pháp khác.
- MRI giúp cho các bác sĩ đánh giá được các chức năng hoạt động cũng như

cấu trúc của các cơ quan nội tạng trong cơ thể.
- Sự chi tiết làm cho MRI trở thành công cụ vô giá trong chuẩn đoán thời kì
đầu và trong việc đánh giá các khối u trong cơ thể.
- Tạo ảnh bằng MRI không gây ra tác dụng phụ như trong phương pháp tạo ảnh
khác như chụp X quang và chụp CT


- MRI cho phép tạo ra các điểm bất thường ẩn sau các lớp xương mà các
phương pháp tạo ảnh khác khó có thể nhận ra.
- MRI có thể cung cấp một cách nhanh và chuẩn xác hơn so với tia X trong
việc chuẩn đoán các bệnh về tim mạch .
- Không phát ra các bức xạ có hại cho con người.
1.3.2. Nhược điểm
- Các vật bằng kim loại cấy trong cơ thể không được phát hiện có thể bị ảnh
hưởng bởi từ trường mạnh.
- Không sử dụng với các bệnh nhân mang thai 12 tuần đầu tiên, các bác sĩ
thường sử dụng các phương pháp tạo ảnh khác ví dụ như siêu âm, với các
phụ nữ mang thai trừ khi cần thiết bắt buộc phải sử dụng MRI.
1.4. Ứng dụng của MRI trong y tế
Chụp cộng hưởng từ MRI giúp chuẩn đoán các bệnh lý:
- Vùng đầu
+ U não, đặc biệt là các u nhỏ.
+ Dị dạng não.
+ Các bệnh lý về não và cơ.
+ Đột quỵ
+ Bệnh lý mắt và tai trong.
+ Một số trường hợp chấn thương sọ não.
+ Các bệnh lý mãn tính hệ thần kinh như xơ hóa rải rác.
- Vùng mặt và cổ
+ Các khối u vùng mặt và cổ như u vòm họng, u mũi xoang, u vùng

miệng và tuyến nước bọt.
+ Bệnh lý hạch vùng cổ.
+ Bất thường mạch máu vùng cổ.
- Ngực
+ Chuẩn đoán các khối u lồng ngực.
+ Đánh giá chính xác giai đoạn của các khối ung thư.


- Tuyến vú
+ Cộng hưởng từ là phương tiện rất nhạy trong phát hiện và chuẩn đoán
ung thư tuyến vú ở giai đoạn sớm.
+ Phân biệt ung thư vú lành và ung thư vú ác.
+ Đánh giá các giai đoạn của khối u.
+ Theo dõi ung thư vú sau khi điều trị và phẫu thuật hoặc xạ trị.

Hình 1.1: Phim chụp ung thư vú bằng phương pháp MRI
- Tim
+ Đánh giá cấu trúc và chức năng cơ tim, van tim, mạch máu lớn.
+ Giúp ước lượng mức độ hồi phục sau điều trị của bệnh tim.

Hình 1.2: Phim chụp hệ tim mạch bằng phương pháp MRI
- Vùng bụng và chậu
+ Đánh giá tốt các cơ quan trong bụng và chậu như: Gan, đường mật,
tụy, lách.
+ Chuẩn đoán các bệnh lý tử cung và buồng trứng ở nữ.


+ Chuẩn đoán các bệnh lý tinh hoàn và túi tinh ở nam.
+ Các bệnh lý mạch máu như phình động mạch, tắc hẹp động mạch.
- Chụp cơ, xương, khớp

+ Chuẩn đoán các bệnh lý về khớp như thoái hóa khớp hoặc viêm khớp
+ Chuẩn đoán các u xương khớp, các cơ.
+ Các bệnh lý nhiềm trùng hay tụ máu cơ, xương khớp.

Hình 1.3: Phim chụp xương khớp bằng phương pháp MRI
- Cột sống
+ MRI được xem là phương tiện chuẩn đoán tốt các trường hợp đau cột
sống cổ, ngực, thắt lưng.
+ Chuẩn đoán các bệnh tủy sống, viêm tủy.

Hình 1.4: Phim chụp tủy sống bằng phương pháp MRI


1.5 Hiện trạng ứng dụng MRI tại Việt Nam
Ngày 14/7/1996 tại Medic Hà Nội khánh thành máy MRI đầu tiên tại
Việt Nam với sự hiện diện của GS. Trần Văn Giàu, máy MRI hiệu Toshiba
Access loại mở. Máy MRI này đã hoạt động khi mà người bệnh còn chưa sẵn
sàng xét nghiệm kĩ thuật này vì quá mới, giá cao... bác sĩ chưa biết rõ chỉ định
nào cần chụp MRI.
Đội ngũ bác sĩ chuẩn đoán sử dụng cộng hưởng từ MRI được đào tạo
tại Singapore, Mã Lai và Mỹ dần tạo được uy tín và nhu cầu chuẩn đoán với
MRI trong lĩnh vực não và cột sống, làm nền cho hai chuyên khoa này phát
triển. Nhu cầu chụp MRI tăng lên cao, chiếc máy MRI thứ 2 ra đời ở bệnh
viện Việt Xô và sau đó là bệnh viện Chợ Rẫy rồi phổ biến ra toàn quốc.
Hiện tại, mỗi ngày máy MRI chụp 50 bệnh nhân với nhiều kĩ thuật nhất
là cột sống và não bộ.
Sau 10 năm phát triển (1996 – 2006) từ 1 máy lên 23 máy người bệnh
Việt Nam không phải ra nước ngoài chụp MRI nữa, giúp người bệnh có được
chất lượng điều trị cao và chi phí chữa trị rẻ.

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÍ TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ MRI
2.1. Khái quát nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI
2.1.1. Khái quát chung
Chúng ta đều biết mọi vật đều được cấu tạo từ nguyên tử. Hạt nhân
nguyên tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton mang điện tích +1) và các
neutron (không mang điện tích). Quay quanh hạt nhân là các electon (mang
điện tích âm). Trong nguyên tử trung hòa điện tích, số proton của hạt nhân
bằng đúng số electon của nguyên tử đó. Tất cả các tiểu thể này đều chuyển
động. Neutron và proton quay quanh trục của nó, electon quay quanh hạt nhân
và quay quanh trục của nó. Sự quay của các tiểu thể nói trên quanh trục của
chúng tạo ra một momen góc quay gọi là spin. Ngoài ra, các hạt mang điện
tích khi chuyển động sẽ sinh ra các từ trường. Vì proton có điện tích dương và
quay nên nó tạo ra một từ trường, giống như một thanh nam châm nhỏ, gọi là
momen từ ( hình 1). Nhờ các đặc tính như vậy nên khi đặt vật thể vào một từ
trường mạnh, vật thể đó có khả năng hấp thụ và bức xạ lại các xung điện từ ở
một tần số cụ thể. Khi hấp thụ, trong vật thể đó diễn ra hiện tượng cộng
hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnectic Resonance: NMR). Tần số cộng
hưởng của các vật thể mô thường nằm trong dải tần của sóng vô tuyến
(radiofrequency: RF). Còn khi bức xạ, các vật thể đó cũng phát ra các tín hiệu
vô tuyến (Hình 2).
Cơ thể chúng ta cấu tạo chủ yếu là nước (60-70%). Trong thành phần
của phân tử nước luôn có nguyên tử hidro. Về mặt từ tính, nguyên tử hidro là
một nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đó, nó có
một momen từ lớn. Từ điều này dẫn đến một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạt
động của các nguyên tử hidro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của mô
trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó. Mặt
khác, trong cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lí đều dẫn đến sự thay đổi
phân bố nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi so
với mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình được các thương tổn.

Ứng dụng của nguyên lí này, MRI sử dụng một từ trường mạnh và một
hệ thống phát các xung có tần số vô tuyến để điều khiển hoạt động của hạt
nhân nguyên tử, mà cụ thể là hạt nhân nguyên tử hidro có trong phân tử nước
của cơ thể, nhằm bức xạ năng lượng dưới dạng tín hiệu có tần số vô tuyến.
Các tín hiệu này sẽ được một hệ thống thu nhận và xử lí điện toán để tạo ra
hình ảnh của đối tượng vừa được đưa vào từ trường đó.
Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng từ gồm có 4 giai đoạn như sau:
+ Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân. Mỗi proton trong môi trường vật
chất đều có một momen từ tạo ra bởi spin (xoay) nội tại của nó. Trong điều
kiện bình thường, các proton sắp xếp một cách ngẫu nhiên nên momen từ của
chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra để ghi nhận được.
Khi đặt cơ thể vào máy chụp MRI, dưới tác động của từ trường mạnh của
máy, các momen từ của proton sắp hàng song song cùng hướng hoặc ngược
hướng từ trường. Tổng tất cả các momen từ của proton lúc này được gọi là
véctơ từ hóa thực. Các véctơ từ hóa sắp hàng song song cùng chiều với hướng
của từ trường máy có số lượng lớn hơn các các véctơ từ hóa sắp hàng ngược
chiều và chúng không thể triệt tiêu cho nhau hết. Do đó hướng của véctơ từ
hóa thực có hướng của véctơ từ trường máy. Đó là trạng thái cân bằng. Trạng
thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận. Khi trạng thái
cân bằng bị xáo trộn thì sẽ có tín hiệu được hình thành. Ngoài ra sự sắp hàng
theo hướng của từ trường máy, các proton còn có chuyển động đảo
(Precession), tức là quay quanh trục của từ trường máy. Chuyển động đảo là
một hiện tượng vật lí sinh ra do sự tương tác giữa từ trường và động lượng
quay của proton. Chuyển động đảo giống như hiện tượng con quay, nó làm
cho proton không đứng yên mà đảo quanh trục của từ trường ngoài (Hình
2.1). Tần số của chuyển động đảo nằm trong dải tần số của tín hiệu RF và
được xác định bằng phương trình Larmor. Khi phát xung RF cùng tần số với
proton đang chuyển động đảo thì proton hấp thụ năng lượng xung tạo ra hiện

tượng cộng hưởng từ hạt nhân.
18


Hình 2.1: Mô tả một proton có momen từ  được đặt trong từ trường ngoài
Bo và có chuyển động đảo 
+ Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân. Sau giai đoạn sắp hàng hạt nhân,
các cuộn phát tín hiệu của máy phát ra các xung điện từ ngắn (đo bằng mini
giây) gọi là xung có tần số vô tuyến (xung RF). Vì các xung phát ra có tần số
RF tương đương với tần số cộng hưởng của proton nên một số năng lượng sẽ
được proton hấp thụ. Sự hấp thụ năng lượng này sẽ đẩy véctơ từ hóa làm
chúng lệch khỏi hướng của véctơ từ trường máy. Hiện tượng này gọi là kích
thích hạt nhân (Hình 2.2)

Hình2.2: Mô hình kích thích hạt nhân (cộng hưởng) và quá trình dẫn
(bức xạ năng lượng dưới dạng tín hiệu RF)


Có hai khái niệm quan trọng trong xử lí tín hiệu đó là từ hóa dọc, song
song với từ trường của máy và từ hóa ngang, vuông góc với từ trường của máy.
Từ hóa dọc là hiện tượng từ hóa do ảnh hưởng của từ trường máy. Đó
chính là trạng thái cân bằng như đã trình bày ở trên. Trạng thái này duy trì
cho đến khi có một xung RF tác động làm cho véctơ từ hóa bị lệch khỏi
hướng của véctơ từ trường máy. Khi phát xung RF, sau một khoảng thời gian
nào đó, véctơ từ hóa lại khôi phục trở về vị trí ban đầu. Quá trình khôi phục
dọc theo hướng dọc của từ trường máy gọi là quá trình dãn theo trục dọc
(Hình 2.3). Thời gian dãn theo trục dọc là thời gian cần thiết để hiện tượng từ
hóa đạt 63% giá trị ban đầu. Thời gian này gọi là thời gian T1.
Từ hóa ngang xảy ra khi phát xung RF lên mô. Do hiện tượng cộng
hưởng nên véctơ từ hóa lệch khỏi hướng của véctơ từ trường máy và bị đẩy

theo hướng ngang tạo nên véctơ từ hóa ngang. Từ hóa ngang là trạng thái
không ổn định, kích thích và nhanh chóng phân rã khi kết thúc xung RF. Từ
hóa ngang cũng là một quá trình dãn gọi là dãn dọc theo chiều ngang. Khi ngắt
xung RF, véctơ từ hóa ngang mất pha, suy giảm nhanh chóng và dần dần trở về
trạng thái cân bằng. Thời gian cần thiết để 63% giá trị ban đầu bị phân rã gọi là
dãn thời gian dãn dọc theo trục ngang (Hình1.3). Thời gian này còn được gọi là
thời gian T2. Thời gian T2 này ngắn hơn nhiều so với thời gian T1.

Hình 2.3: Mô tả quá trình từ hóa dọc và từ hóa ngang. M 0 là véctơ từ
hóa thực ở trạng thái cân bằng. Y là hướng của véctơ từ hóa ngang.
M z là véctơ từ hóa khi dãn theo trục dọc.


+ Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu. Khi ngắt các xung RF, các proton bị
ngắt kích thích, trở lại sắp hàng như cũ dưới ảnh hưởng của từ trường máy
(gọi là quá trình dãn theo trục dọc như đã trình bày ở trên) . Trong quá trình
này, khi momen của các proton khôi phục lại ví trí ban đầu, chúng sẽ bức xạ
năng lượng dưới dạng các tín hiệu tần số sóng vô tuyến. Các tín hiệu này sẽ
được cuộn thu nhận tín hiệu của máy ghi lại.
+ Giai đoạn 4: Tạo hình ảnh. Các tín hiệu vô tuyến bức xạ từ vật thể mô
sau khi được cuộn thu nhận của máy ghi lại sẽ được xử lí điện toán để tạo ra
hình ảnh. Cường độ bức xạ từ một đơn vị khối lượng mô được thể hiện trên
phim chụp theo một thang màu từ trắng đến đen. Trong đó màu trắng là
cường độ tín hiệu cao, màu đen là không có tín hiệu (Hình 2.4)

Hình 2.4: Mô tả mối liên hệ giữa thời gian T1 và T2 với mức độ từ hóa và
cường độ tín hiệu trên phim chụp.


Trong quá trình dãn của từ hóa dọc, các mô khác nhau sẽ có mức độ từ

hóa khác nhau. Vì thế tốc độ tăng sẽ khác nhau, hay nói cách khác giá trị T1
khác nhau. Mô với tốc độ T1 gắn hơn có tốc độ tăng sự từ hóa dọc nhanh hơn.
Do vậy trong suốt khoảng thời gian này nó có mức từ hóa cao hơn tạo tín hiệu
mạnh hơn và xuất hiện trên ảnh sáng hơn.
Trong quá trình phân rã sự từ hóa ngang, các mô khác nhau có độ từ
hóa khác nhau do đó tốc độ phân rã khác nhau, hay T2 khác nhau. Giá trị T2
dài tức là mô có mức độ nhiễm từ cao, tạo ra tín hiệu mạnh hơn và sáng hơn
trong ảnh so với mô có giá trị T2 ngắn. Tại thời điểm bắt đầu chu kì, không
có tương phản T2 nhưng T2 tăng dần trong quá trình dãn.
Có thể thấy rằng phương pháp tạo ảnh MRI có hai pha khác nhau. Một
pha đi cùng với sự từ hóa dọc một pha đi cùng với sự từ hóa ngang. Mặt khác
như đã trình bày ở trên, trong thời gian T1 khi momen từ của các proton khôi
phục theo chiều dọc dưới ảnh hưởng của từ trường máy thì tổng tất cả momen
từ của proton lúc này được gọi là véctơ từ hóa thực. Độ lớn của véctơ từ hóa
thực phụ thuộc vào mật độ proton của mô đó. Giữa hai mô lân cận, dù thời
gian T1 có thể bằng nhau nhưng nếu mật độ proton khác nhau thì mức độ từ
hóa sẽ khác nhau. Nhờ thế mà cường độ bức xạ tín hiệu cũng khác nhau nên
sẽ tạo ra độ tương phản nhau. Nhờ đó ta có thể nhận biết riêng biệt được
chúng qua sự tương phản trên ảnh. Nếu hai mô có giá trị T1 khác nhau thì sự
tương phản sẽ càng tăng lên. Nhưng khi các mô tiến dần dần đến trạng thái
cân bằng thì mật độ proton trở thành một yếu tố chính ảnh hưởng đến tương
phản giữa hai mô.
Như vậy, ưu điểm vượt trội của phương pháp tạo ảnh MRI so với
phương pháp khác là ở chỗ có thể chọn các đặc tính khác nhau của mô để tạo
tạo ra tương phản hiển thị trên phim chụp. Có 3 đặc tính cơ bản của mô là
nguồn tương phản ảnh: (1) mật độ proton kết hợp với thời gian dãn dọc T1,
(2) thời gian dãn dọc T1, (3) thời gian dãn ngang T2.


2.1.2. Khái niệm TR, TE, T1W, T2W, PD, PDW

Như đã giới thiệu ở trên, cường độ tín hiệu tăng dần từ 0 đến cực đại
trong khoảng thời gian T1 và giảm dần từ cực đại trở về 0 trong thời gian T2.
Nhằm tạo ra tương phản tốt nhất về hình ảnh của các mô người ta phải chọn
thời điểm T1 và T2 thích hợp để thu nhận các tín hiệu bức xạ cung cấp cho
quá trình tạo ảnh. TR và TE chính là các thông số về thời gian đo tín hiệu
được người vận hành máy thiết lập trước khi chụp MRI.
- TR là khoảng thời gian từ khi bắt đầu dãn dọc đến khi mức độ từ hóa của mô
được đo để tạo ra tương phản. Xác định giá tị TR là xác định thời điểm
chụp ảnh.
- TE là khoảng thời gian từ khi bắt đầu giãn ngang đến khi mức độ từ hóa
của mô được đo để tạo ra tương phản ảnh. Các giá trị kết hợp TE và TR
được chọn qua các bảng tùy thuộc vào từng loại mô.
Bằng việc điều chỉnh các giá trị TR và TE của T1 và T2 ta thu được các
tương phản ảnh tương ứng với một đặc tính mô riêng biệt. Ảnh của T1 và T2
trong trường hợp này gọi là T1 điều chỉnh và T2 điều chỉnh.
Để tạo ảnh có trọng số T1, người ta cần chọn một giá trị TR tương ứng
với thời gian mà tại đó tương phản T1 lớn nhất giữa hai loại mô. Nếu chọn
TR dài hơn sẽ tạo ra cường độ tín hiệu lớn nhưng tương phản T1 ít hơn. Việc
lựa chọn TR thích hợp với các giá trị T1 của mô rất có ý nghĩa trong việc
chuẩn đoán lâm sàng, đặc biệt khi phân biệt giữa mô lành và mô bệnh lí. Nếu
giá trị của TR được chọn bằng giá trị T1 của mô, ảnh được chụp trở lại 63%
sự nhiễm từ mô của nó.
Để tạo ảnh có trọng số T2, người ta cần chọn một giá trị TE tương ứng
với thời gian mà tại đó tương phản T2 lớn nhất giữa hai loại mô. Tương phản
T2 thu được bằng cách dùng TE tương đối dài. Tuy nhiên nếu dùng TE quá
dài thì sự nhiễm từ và tín hiệu RF lại quá thấp để hình thành một ảnh.
Một kĩ thuật tạo ảnh hay gặp nữa là PD. PD là ảnh khảo sát mật độ
proton. Như đã nói ở trên, khi sự nhiễm từ dọc đạt giá trị cực đại thì tương

phản theo thời gian T1 sẽ kém đi. Lúc này tương phản ảnh do mật độ proton
của mô quyết định . Do vậy, nếu ta chọn giá trị TR tương đối dài để tạo ảnh
ảnh tương phản mật độ proton thì gọi là ảnh mật độ proton điều chỉnh.
Tóm lại, việc hiểu biết nguyên lí hoạt động và các khái niệm cơ bản của
chụp cộng hưởng từ sẽ giúp bác sĩ nhận định đúng các cấu trúc bình thường
hoặc bệnh lí của các mô. Khi đọc bất kì phim nào, trước tiên phải nhận biết đó
là phim T1 hay T2. Có thể thấy rằng nước (hay chất lỏng nói chung) vì mật
độ proton cao nên thời gian để nó phục hồi lại 63% giá trị từ hóa ban đầu sẽ
kéo dài hơn so với các mô ít nước.Vì thế nước hay chất lỏng nói chung có
cường độ tín hiệu yếu trong thời gian T1 và thể hiện bằng màu tối (đen) trên
phim T1W. Ngược lại, vì mật độ proton cao nên đầu thời gian T2, nước (hay
chất lỏng nói chung) có cường độ tín hiệu cao và suy giảm kéo dài hơn và thể
hiện bằng màu sáng (trắng) trên phim T2W. Các mô bị phù nề, viêm, nhiễm
trùng và các nang cũng có tính chất tương tự. Vì vậy, khi đọc bất kì một phim
MRI nào trước tiên phải tìm những cấu trúc mà ta biết chắc chắn là nước như
dịch não tủy trong các não thất và ống sống, nước tiểu trong bàng quang... nếu
cấu trúc nước ấy có màu tối thì đó là ảnh T1W, nếu màu sáng thì là ảnh T2W.
2.2. Nguyên lí tạo ảnh cộng hưởng MRI
2.2.1. Cộng hưởng từ.
Ban đầu cộng hưởng từ được mô tả bằng một nam châm và một la bàn.
Nếu một la bàn đến gần một nam châm thì kim sẽ quay nhanh hơn, kim la bàn
quay phù hợp với độ mạnh yếu của từ trường. Đối với một la bàn bỏ túi, kim
được nhúng vào trong một chất lỏng để giảm dao động. Khi không có chất
lỏng, kim sẽ chuyển động theo hướng bắc trong một khoảng thời gian trước
khi trở về trạng thái cân bằng cơ bản. Tần số của dao động phụ thuộc vào từ
trường và cường độ của kim nam châm. Nó sẽ dao động với tần số f càng lớn
nếu từ trường và cường độ của kim càng lớn và ngược lại.
Sóng vô tuyến là từ trường thay đổi theo thời gian và khi dao động
sóng vô tuyến yếu sẽ phát ra ở tần số giống như ở tần số của kim. Tần số là số

dao động trong một giây, đơn vị là Hertz (Hz). Ví dụ, có một kim dao động 3
lần trong một giây thì tần số phát của sóng vô tuyến sẽ là 3 Hz, cường độ của
sóng vô tuyến được gọi là biên độ nó bị suy yếu khi dao động của kim dần
dần biến mất.
Hãy tưởng tượng các tình huống sau đây: Một la bàn được đặt trong
một từ trường của một nam châm mạnh. Sau một thời gian ngắn kim sẽ ổn
định và hướng theo chiều của từ trường như hình 2.5a. Nếu kim chịu tác dụng
của một lực đẩy nhỏ vuông góc với từ trường, nó sẽ dao động sang phía bắc
và dần ổn định trở lại. Ngay khi kim nam châm quay thì sóng vô tuyến tương
ứng với tần số vô tuyến của sự dao động sẽ được tạo ra, các dao động này xảy
ra ở một tần số mà sau này gọi là tần số cộng hưởng. Tần số vô tuyến này sẽ
mất đi cùng với dao động và về nguyên tắc chúng có thể đo được bởi ăng-ten
(cuộn dây, hình vẽ 2.5c)

Hình 2.5: Kim la bàn dưới tác dụng của từ trường
Hình 2.5(a): Một kim nam châm ở trạng thái cân bằng trong một từ
trường. Kim định hướng chiều đường sức từ vào nam ra bắc của nam châm
Hình 2.5(b): Một từ trường yếu vuông góc với từ trường của nam châm
sẽ đẩy kim nam châm ra khỏi vị trí cân bằng. Nếu từ trường thay đổi nhịp