MRI

fI.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bị y tế MRI

1. Cấu tạo:
a) Một nam châm (magnet) lớn dạng hình trụ, rỗng bên trong, đủ lớn để bệnh nhân có thể

nằm lọt bên trong. Nam châm này sẽ tạo ra từ trường B0 đồng nhất (cố định) ở không
gian bên trong ống trụ này
b) Một cuộn tạo từ trường biến thiên (the gradient coil) tạo ra các từ trường tĩnh theo thời
gian, nhưng thay đổi theo không gian.Tương ứng với ba trục X, Y, Z là ba cuộn dây X,
Y, Z, tạo ra các từ trường biến thiên Gx, Gy và Gz. Các từ trường biến thiên theo
không gian này cần để chọn lớp cắt.
c) Một cuộn phát thu sóng điện từ RF (radiofrequency coil) , để phát ra xung điện từ B1
làm xoay từ trường M ra khỏi chiều của từ trường B0 và để thu nhận tín hiệu cộng
hưởng do quá trình xoay của từ trường M về lại chiều ban đầu dưới tác dụng của B0.
Cấu tạo của cuộn này có thể thay đổi tuỳ thuộc theo cơ quan cần quan tâm để đạt được
hình ảnh tốt nhất về cơ quan đó.
d) Máy tính và các phụ kiện để quản lý nam châm, bộ phát thu, và cuộn tạo từ trường
biến thiên; để xử lý và lưu trữ tín hiệu cộng hưởng từ; và để tái tạo, lưu trữ và hiển thị
ảnh.
2.Nguyên lý hoạt động:
Mọi vật thể 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 (khơng mang điện tích). Quay quanh hạt nhân
là các electron (mang điện tích âm). Trong ngun tử trung hịa về điện tích, số proton của hạt
nhân bằng đúng số electron của nguyên tử đó. Tất cả các “hạt” này đều chuyển động. Neutron
và proton quay quanh trục của chúng, electron quay quanh hạt nhân và quay quanh trục của
chúng. Sự quay của các “hạt” nói trên quanh trục của chúng tạo ra một mơmen góc quay gọi
là spin. Ngồi ra, các hạt mang điện tích khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường. Vì proton có
điện tích dương và quay nên nó tạo ra một từ trường, giống như một nam châm nhỏ, gọi
là mơmen từ (magnetic moment). Trong điều kiện bình thường các momen từ định hướng
phân tán làm chúng triệt tiêu nhau, nên người ta khơng ghi được tín hiệu gì của chúng.
Nhờ các đặc tính vật lý như vậy, khi đặt một vật thể vào trong một từ trường mạnh, các

momen từ đang định hướng phân tán sẽ trở nên định hướng song song và đối song song.
Cơ thể chúng ta cấu tạo chủ yếu từ nước (60-70%). Trong thành phần của phân tử nước ln
có ngun tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân
của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đó, nó có một mơmen từ lớn. Từ điều này dẫn tới một hệ quả
là: nếu ta dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác
nhau của các mô trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mơ đó. Mặt
khác, trong cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lý 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 mơ lành, nên ta cũng sẽ ghi
hình được các thương tổn.
II. Vật liệu chế tạo:

1. Nam châm:
Nam châm dùng cho MRI có 3 loại: nam châm vĩnh cửu, nam châm điện trở và nam châm
siêu dẫn.


a. Nam châm vĩnh cửu:

Hiện nay, nam châm vĩnh cửu mạnh nhất là NdFeB được tạo ra từ hợp chất
của Neodymium (Nd) - Sắt (Fe) - Bo (B), với công thức phân tử là Nd2Fe14B.
Nd2Fe14B có cấu trúc tinh thể với độ bất đối xứng rất cao tạo tính từ cứng mạnh của vật liệu.
Nd2Fe14B có dị hướng từ tinh thể K1 = 4,9.106 J/m3, từ độ bão hòa μ0Ms = 1,61T (tương ứng
với mômen từ là 37,6 μB, trường dị hướng HA = 15 T) và nhiệt độ Curie là TC = 585 K
(312oC). Các thông số cấu trúc và tính chất nội tại này cho phép tạo ra tích năng lượng từ cực
đại, lớn nhất tới 64 MGOe.
Tuy là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất nhưng có khuyết điểm là giá thành cao, kém bền
do các nguyên tố đất hiếm có tính ơxy hóa rất cao.
Nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các ferrit từ cứng (ví dụ ferrit Ba, Sr..) là hợp chất
gốm có nguồn gốc từ oxit sắt (magnetite Fe3O4) . Nam châm ferrit có ưu điểm là rất dễ chế
tạo, gia cơng, giá thành rẻ và độ bền cao nhưng không tạo được từ trường mạnh như nam

châm vĩnh cửu chế tạo từ đất hiếm. Nam châm vĩnh cửu được làm từ ferrites cứng, có lực
kháng từ cao nên có khả năng chống lại sự khử từ.
b. Nam châm điện trở

Nam châm điện trở: Là một cuộn dây điện thường làm từ đồng. Nó thường được quấn
quanh một lõi sắt hoặc có thể được quấn quanh một lõi khơng khí. Khi kết nối với nguồn điện,
các nam châm điện tạo ra một từ trường giống như một nam châm vĩnh cửu. Mật độ từ tỷ lệ
thuận với độ lớn của dòng điện chạy trong dây của nam châm điện. Khi dòng điện chạy qua
dây dẫn sinh ra nhiệt nên cần được hạn chế, chỉ sử dụng ở cường độ thấp.
Ưu điểm của dây dẫn điện làm bằng đồng: Dây đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt thứ
2 chỉ kém bạc do đó hao tổn về điện năng nhỏ. Đồng chịu được các tác động của điều kiện
mơi trường vì vậy đồng thường được dùng trong 1 số chi tiết máy móc quan trọng.
Nhược điểm: Giá đồng còn khá cao. Dây đồng khá nặng nếu sử dụng làm dây dẫn đường dài
sẽ phải sử dụng các cột điện to hơn.
c. Nam châm siêu dẫn
Nam châm siêu dẫn: là loại nam châm mà sợi dây điện (thường bằng đồng) quấn quanh lõi
nam châm làm bằng chất siêu dẫn.

Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ
nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0
Chất siêu dẫn có các đặc tính:
Nếu truyền một dịng điện vào một mạch làm bằng chất siêu dẫn thì dịng điện sẽ chạy trong
đó mãi khơng suy giảm, vì chúng khơng gặp trở kháng nào trên đường đi.
Những chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp có thể tạo ra từ trường rất mạnh.
Lõi nam châm thường làm bằng hợp kim niobium/titanium hoặc niobium/tin. Các hợp kim
này có đặc tính là khơng tạo trở kháng chống lại dòng điện khi được làm nguội (bằng helium
lỏng) tới nhiệt độ khoảng 10 Kelvin.
Sau khi cung cấp nguồn điện cho nam châm siêu dẫn, nguồn điện được tháo ra nhưng dòng
điện vẫn tỗn tại trong cuộn nam châm mà không bị suy giảm đáng kể trong nhiều năm.
Vật liệu sinh họcPage 2

2. Cuộn tạo từ trường biến thiên (the gradient coil) và cuộn phát thu sóng điện từ
RF (radiofrequency coil)
Thường được làm từ đồng (copper) hoặc nhơm (aluminum) vì nhiều ưu điểm.
Ưu điểm của dây dẫn đồng và dây dẫn nhôm:
●

Dây dẫn đồng: có điện trở xuất nhỏ, dẫn điện tốt thứ 2 chỉ kém bạc, ít hao tổn về điện
năng. Ngồi ra, đồng có khả năng chịu được các tác động của điều kiện mơi trường. Vì
vậy, đồng thường được dùng trong 1 số chi tiết máy móc quan trọng.

●

Dây dẫn nhôm: dẫn điện bằng 2/3 đồng nhưng lại nhẹ hơn 2,5 lần đồng, rẻ và bền
vững, ít bị ăn mịm trong khơng khí. Vì vậy các dây điện dài sử dụng nhôm làm dây
dẫn sẽ giảm được 30% trọng lượng. Nhôm là vật liệu dễ kiếm hơn, nước ta cũng có
khá nhiều quặng boxit.

Nhược điểm của dây đồng và nhôm:
●

Dây dẫn Đồng: Giá đồng khá cao nên các nhà sản xuất dây và cáp điện thường hạn
chế sử dụng đồng để cắt giảm chi phí. Ngồi ra, dây đồng khá nặng nếu sử dụng làm
dây dẫn đường dài sẽ phải sử dụng các cột điện to hơn.

●

Dây dẫn nhôm: Nhơm rất khó hàn nên các mối hàn bằng nhơm thường khơng bền, dây
nhơm dễ bị đứt khi kéo vì vậy người ta thường làm dây nhơm có lõi thép ở giữa để

tăng độ bền cho các đường dây điện trên cao.

IV. Ứng dụng

1. Trong nghiên cứu
Ảnh chụp chính diện (coronal) trọng số T1, 3D, độ phân giải cao được dùng để đo thể tích hồi
hài mã (hippocampus), thường bằng cách đo viền của nó. Đây là cơ sở cho các nghiên cứu
đánh giá sự thay đổi vùng hồi hài mã đối với các bệnh nhân Adheizmer

2. Trong điều trị lâm sàng
Bệnh động kinh: Ảnh phân giải cao trọng số T1 là tiêu chuẩn trong việc chẩn đoán động
kinh. Việc có thể quan sát chi tiết vùng hồi hải mã có vai trị quan trọng trong việc chẩn đốn
động kinh:
U não:
Các u não lành tính hoặc ác tích, u ở trong não hoặc ngồi não đều nhìn thấy rõ trên ảnh cộng
hưởng từ. Trong nhiều trường hợp u não trên ảnh cắt lớp vi tính và trên ảnh cộng hưởng từ là
như nhau. Trên ảnh cộng hưởng từ có những ưu điểm sau:
● Phù quanh u trên ảnh cộng hưởng từ nhìn rõ hơn ảnh cắt lớp vi tính.
● Trên ảnh cộng hưởng từ phát hiện những u có tỷ trọng thấp hơn đối với các tổ chức

não, mà trên ảnh chụp cắt lớp vi tính khơng phát hiện được.
U tủy sống:
● Trên hình ảnh cộng hưởng từ bình thường khơng nhìn thấy vỏ xương cột sống (phần

xương đặc) và bộ phận dây chằng cột sống.

Vật liệu sinh họcPage 3


● Trên hình ảnh T1 : tủy sống, đĩa điệm và tủy xương của thân cột sống có cùng cường

độ tín hiệu, nhưng dịch não tủy có cường độ tín hiệu thấp nên trên hình ảnh cộng
hưởng từ dịch não tủy có biểu hiện tối, do đó giúp người ta nhìn rõ giới hạn của tủy.
● Trên hình T2: tín hiệu sáng nhất là dịch não tủy. Tủy và thân đốt sống giảm cường độ
tín hiệu (các hình ảnh của T2 ngược lại với T1)
● Ở người trẻ, nhân nhầy đĩa đệm và lớp trong của vòng sợi đĩa đệm có đặc trưng là
cường độ tín hiệu cao; cường độ tín hiệu đó giảm cùng với tuổi và giảm khi có sự
thối hóa ở đĩa đệm.
Chấn thương sọ não:
Chấn thương sọ não, đặc biệt là vết thương ở phía trước của thùy trán hoặc các vết
thương đầu nặng chính là nguyên nhân gây biến đổi nhân cách, thường biểu hiện là mất ức
chế.
CT và MRI có thể xác định có chảy máu nội sọ hay khơng. CT nhìn chung hay được
sử dụng trong chấn thương sọ não cấp do nhanh, hình ảnh chảy máu cấp tính và vỡ xương sọ
rõ ràng và dễ thực hiện hơn so với MRI. Nhưng MRI chính xác hơn, trong lâm sàng chấn
thương sọ não vừa và nhẹ thường hay được chỉ định làm MRI do có độ nhạy cao, đặc biệt với
những vết thương nhỏ ở vùng chất trắng và những thay đổi bán cấp hoặc mạn tính do chảy
máu nội sọ gây ra.
Thuốc đối quang từ (hay còn gọi là tương phản từ) được dùng hỗ trợ cho các bác sĩ chẩn
đoán tốt hơn dựa vào sự tương phản hình ảnh trong chụp cộng hưởng từ. Thường được sử
dụng rộng rãi là loại thuốc đối quang từ gốc Gadolinium (Gd). Gadolinium là 1 chất thuận từ,
dễ bị từ hóa. Gadolinium tác động lên các proton xung quanh, làm thay đổi cường độ tín hiệu
phát ra và thay đổi độ tương phản của mô trên hình ảnh. Thuốc đối quang từ được sử dụng
hiệu quả nhất đối với não và tủy sống, vì khi hàng rào máu não bị tổn thương do bệnh lý, tín
hiệu của tổn thương sẽ tăng lên rõ rệt. Trong các bệnh lý như viêm khớp, các khối u, viêm ở
tạng đặc, thuốc đối quang từ cũng có giá trị để đánh giá tổn thương.
Tác dụng không mong muốn: Đau đầu, chóng mặt, nơn, buồn nơn, dị cảm, miệng có vị kim
loại, co giật...và phản ứng quá mẫn như dị ứng da, phản vệ... Phản ứng phụ rất muộn liên
quan đến thuốc đối quang từ gadolinium có thể gặp là xơ hóa hệ thống do thận (NSF). Bệnh
lý này có thể khởi phát trong ngày sử dụng cho đến 2-3 tháng sau, đơi khi có thể sau nhiều

năm với biểu hiện gồm đau, ngứa nhiều, sưng, hồng ban, thường bắt đầu ở chân. Sau đó các
biểu hiện muộn có thể gặp dày xơ hóa da và mơ dưới da, co rút chi, xơ hóa các tạng hoặc
thậm chí tử vong nếu tổn thương các tạng mức độ nặng.

Vật liệu sinh họcPage 4