tạo ảnh cộng hưởng từ

1. Gv: Nguy n Thái Hà
BM:Công ngh ði n t & KT ði n t Y sinh
Khoa ðT-VT
1

2. Gi i thi u chung: T o nh c ng hư ng t là phương pháp t o nh
các cơ quan n i t ng trong cơ th con ngư i m t cách chính xác và
không gây nguy hi m cho b nh nhân.
L ch s phát tri n:
◦ Năm 1946, hai nhà v t lý ngư i M tìm ra hi n tư ng CHT h t◦ Năm 1946, hai nhà v t lý ngư i M tìm ra hi n tư ng CHT h t
nhân, m i liên quan gi a cư ng ñ t trư ng và t n s radio.
◦ T nh ng năm 1980, máy ch p c ng hư ng t ñ u tiên trên th
gi i ñã xu t hi n.
◦ ð n nay trên th gi i ñã có kho ng 22.000 máy và thu ñư c 60
tri u hình nh ñư c ch p t ngư i b nh.
◦ Năm 2003, CHT ñã cho phép t o nh các c u trúc khác nhau c a
cơ th s ng trong không gian ba chi u.
2

3. ng d ng:
◦ T o nh 3D h u h t các cơ quan trong cơ th
◦ T o nh r t rõ nét khi ch p não b và tu s ng.
◦◦ H tr vi ph u thu t não
◦ H tr ch n ñoán và ñi u tr ung thư, (cho bi t kích
thư c, v trí kh i u và các vùng b xâm l n, các h ch di
căn,...), t ñó l a ch n phương th c ñi u tr thích h p.
3

4. Ưu ñi m:
◦ Không phát ra các b c x ion hóa
◦ T o nh mô m m có ñ phân gi i cao nh t
◦ Cho phép dò ra các ñi m b t thư ng n sau các l p
xương.
◦ Có th cung c p nhanh và chu n xác hơn so v i tia X
trong vi c ch n ñoán các b nh v tim m ch.
◦ Có th t o nh các l p c t v i góc ñ b t kỳ.
4

5. Như c ñi m:
◦ Không th ch p c ng hư ng t cho các trư ng h p b nh nhân
s d ng các thi t b ñi n t h tr .
◦ H n ch v i nh ng ngư i có d v t ho c kim lo i ñư c ñ t trong◦ H n ch v i nh ng ngư i có d v t ho c kim lo i ñư c ñ t trong
cơ th .
◦ ð i v i xương, MRI cho nh không t t do t i xương hàm lư ng
nư c cũng như mô m là ít.
◦ Th i gian tái t o nh còn tương ñ i dài.
◦ Chi phí ñ u tư, chi phí v n hành l n.
5

6. 6

7. ◦ 1. ð t b nh nhân vào trong t trư ng - Các proton trong cơ th
tương tác v i t trư ng.
◦ 2. Kích thích các h t nhân nguyên t - Phát xung sóng vô tuy n
RF.
◦ 3. B xung thông tin v không gian - áp d ng các cu n dây chênh◦ 3. B xung thông tin v không gian - áp d ng các cu n dây chênh
t .
◦ 4. Theo dõi ph n ng c a các h t nhân - phát hi n và thu tín hi u
nh cu n thu.
◦ 5. Bi n ñ i tín hi u thành hình nh - Tái t o nh thông qua phép
bi n ñ i Fourier.
7

8. Proton và s t hoá:
◦ Nguyên t bao g m h t nhân, ñi n t . H t nhân bao
g m proton và neutron.
8

9. Proton và các h t khác (neutron, ñi n t ...) t quay quanh mình nó,
g i là SPIN. S quay c a h t không bao gi d ng, nó ch thay ñ i
hư ng tr c quay dư i m t tác ñ ng nào ñó t bên ngoài.
Proton mang ñi n tích dương, khi chuy n ñ ng s t o ra dòng ñi n
và dòng ñi n t o ra t trư ng. Vì v y có th xem proton như m t
nam châm c c nh .
9
Proton ho t ñ ng như m t nam châm nh

10. Nam châm ñư c bi u th
b ng cư ng ñ t trư ng và
hư ng – vectơ t trư ng,.
◦ Cư ng ñ t trư ng: Chi u dài
vectơ.
◦ Hư ng nam châm là hư ng
vectơ.vectơ.
Chi u vectơ lên m t ph ng:
◦ Thành ph n t hoá d c: song
song ñư ng s c t ngoài.
◦ Thành ph n t hoá ngang:
Vuông góc ñư ng s c t ngoài.
10

11. 11
Khi không có tác d ng c a t
trư ng ngoài các spin quay quanh
tr c c a chúng v i hư ng hoàn
toàn ng u nhiên, t trư ng riêng s
tương tác và bù tr qua l i làm tri t
tiêu t trư ng t ng.
Khi có tác d ng c a t trư ng
ngoài các spin s ñư c s p x p l i
hư ng, ph thu c vào hư ng c a t
trư ng. M t s h t nhân có tr c
quay cùng chi u v i chi u tác ñ ng
c a t trư ng ngoài, m t s có
chi u ngư c l i

12. ð i v i các nguyên t có spin=1/2, khi ch u tác
d ng c a t trư ng ngoài s có hai hư ng:
◦ Hư ng song song (parallel), mang năng lư ng th p E1.
◦ Hư ng ñ i song (anti-parallel), mang năng lư ng cao E2.
12

13. M0: ñ t hóa th c
◦ Mz: thành ph n t hóa
d c
◦ M : thành ph n t hóa◦ Mxy: thành ph n t hóa
ngang
13
ð t hóa th c M ti n
ñ ng quanh tr c z

14. 14
ð t b nh nhân vào m t t trư ng m nh

15. Khi ñ t cơ th vào m t t trư ng
m nh có cư ng ñ t kho ng 0,2T
ñ n m t vài T (1T=10.000 Gaus),
dư i tác ñ ng c a t trư ng ngoài
các nam châm này s quay ñ o v i
t n s ñư c xác ñ nh b i phương
trình LARMO:trình LARMO:
Trong ñó:
B0 : là cư ng ñ t trư ng ngoài
γ : là t s h i chuy n
15
0
2
Bf
π
γ
=
Spin h t nhân chuy n ñ ng
trong t trư ng

16. 16
S hình thành thành ph n t hoá d cT trư ng t ng khác 0
Khi ñó hư ng véc-tơ c a các nam châm ñư c s p x p l i, các
thành ph n t hoá d c s theo hư ng có th là song song ho c ñ i
song song v i ñư ng s c c a t trư ng ngoài.

17. Các proton quay ñ o không ñ ng nh p-l ch pha, mà các thành ph n
t hoá ngang s p x p ng u nhiên nên các thành ph n t hoá này
tri t tiêu l n nhau, d n t i t ng c a chúng b ng 0.
17

18. H t nhân γ (MHz/T) Spin th c
1H
2H
3He
13C
14N
42.58
6.54
32.44
10.71
3.08
½
1
½
½
1
M i liên h gi a ñ ng v h t nhân và h ng s Larmor
18
14N
17O
19F
23Na
31P
129Xe
3.08
5.77
40.08
11.27
17.25
11.86
1
5/2
½
3/2
½
½

19. 19

20. N u dùng m t ngu n sóng ñi n t / sóng vô tuy n (RF), có t n
s b ng t n s ñ o c a proton phát ra t m t máy phát, tác ñ ng
vào m t vùng nào ñó c n xét nghi m c a cơ th thì nh ng proton
(nam châm) n m trong vùng này s thay ñ i tr ng thái.
20

21. Khi mô ñư c ñ t trong m t t trư ng ngoài B0, ñưa m t
xung RF có t n s b ng ñúng t n s ti n ñ ng c a
mômen t h t nhân→ hi n tư ng c ng hư ng t .
21

22. M t s chuy n t m c năng lư ng th p sang
m c năng lư ng cao - thành ph n t hoá d c
c a chúng s chuy n sang hư ng ñ i song
song v i t trư ng ngoài khi n cho cư ng ñ
thành ph n t hoá d c t ng s gi m.thành ph n t hoá d c t ng s gi m.
Các proton s chuy n t tr ng thái quay ñ o sai
nh p sang tr ng thái quay ñ o cùng nh p - ñ ng
pha nên thành ph n t hoá ngang c a chúng s
không còn tri t tiêu nhau n a mà s c ng l i
thành m t thành ph n t hoá ngang t ng.
22

23. Cư ng ñ c a các thành ph n t hoá lúc này
ph thu c vào:
◦ T n s và cư ng ñ ngu n sóng RF
◦ Cư ng ñ t trư ng ngoài
◦ Thu c tính c a proton◦ Thu c tính c a proton
◦ M t ñ c a proton
Ta có th l a ch n sóng RF sao cho thành ph n
t hoá d c t ng b tri t tiêu và ch còn thành
ph n t hoá ngang. Sóng RF này ñư c g i là
sóng RF 90o tương t có sóng RF 180o.
23

24. T t xung RF: Các proton s quay tr v tr ng thái ban ñ u khi
chưa có xung RF ⇒ quá trình h i ph c.
T1 là th i gian thư giãn ñ thành ph n t hoá d c tr l i tr ng
thái ban ñ u ⇒ s h i ph c d c.
T2 là th i gian các proton chuy n t ñ ng pha sang di pha, tT2 là th i gian các proton chuy n t ñ ng pha sang di pha, t
hoá ngang t ng b ng 0 ⇒ s h i ph c ngang.
Quá trình h i ph c d c và ngang di n ra trong m t kho ng th i
gian dài, ng n ph thu c vào b n ch t t bào. Hai quá trình này
x y ra ñ ng th i và ñ c l p v i nhau. T1 thư ng dài hơn T2, T1
thư ng trong kho ng 300-2000 ms, T2 trong kho ng 30-150 ms.
24

25. Hi n tư ng tín hi u c ng
hư ng t lúc ñ u có
cư ng ñ l n nh t sau ñó
suy gi m d n r i m t h n,
g i là hi n tư ng suy gi m
c m ng t do FID (freec m ng t do FID (free
induction decay). Th i
gian suy gi m c m ng t
do vì th cũng là th i gian
T2.
25
Tín hi u c ng hư ng t
suy gi m d n theo hàm
mũ

26. 26
H i ph c d c. Suy gi m ñ t hóa ngang và
tăng ñ t hóa d c theo tr c z

27. Phương trình mô t s h i ph c d c :
Mz = M0* (1 – e-t/T1)
◦ Mz: là thành ph n t hóa th c theo tr c z khi phát xung RF.
◦ t: là th i gian
27

28. Mô T1(ms) t i
0.5T
T1 (ms) t i
1.5T
M
Gan
210
350
260
500
28
Gan
Cơ
Ch t tr ng
Ch t xám
D ch não t y
350
550
500
650
1800
500
870
780
900
2400

29. 29
Các spin di pha làm suy gi m ñ t hóa ngang

30. Tín hi u b suy gi m theo hàm mũ :
Mxy =M0 *exp(- t/T2)
◦ Mxy: véc tơ t hóa ngang t i th i ñi m t.
◦ M0 : véc tơ t hóa th c khi B1 v a t t.
◦ T là kho ng th i gian ñ M gi m còn 37% giá tr ban ñ u.◦ T2 là kho ng th i gian ñ M gi m còn 37% giá tr ban ñ u.
30

31. Mô T2(ms) T1(0.5T) (ms) T1(1,5T) (ms)
M 80 210 260
Gan 42 350 500
Cơ 45 550 870
31
Cơ 45 550 870
Ch t tr ng 90 500 780
Ch t xám 100 650 920
D ch não t y 160 1800 2400

32. Quá trình h i ph c ngang x y ra do s tương tác gi a các
proton, làm cho véc tơ t hóa ngang suy gi m d n trong th i
gian T2. Tuy nhiên trong môi trư ng cơ th , tín hi u c ng
hư ng t thư ng suy gi m khá nhanh ch không t n t i vàhư ng t thư ng suy gi m khá nhanh ch không t n t i và
kéo dài trong su t th i gian T2.
32

33. Nguyên nhân:
◦ S trao ñ i năng lư ng gi a các h t nhân quay (spin),
d n ñ n s l ch pha tương ñ i ch m và m t s nhi m
t .t .
◦ Tính không ñ ng nh t c a t trư ng c c b .
M i liên h gi a T2 và T2*:
33

34. Trong khi h i ph c tr ng thái, các proton-t trư ng
quay này s phát ra sóng ñi n t v i cư ng ñ và t n
s khác nhau ph thu c vào b n ch t t bào. N u ta
ñ t m t ăng-ten/máy thu trong vùng tác ñ ng c añ t m t ăng-ten/máy thu trong vùng tác ñ ng c a
sóng ñi n t này thì s thu ñư c tín hi u ñi n c m
ng. Tín hi u ñi n c m ng này s ñư c x lý b ng
cách s d ng phép bi n ñ i Fourier ñ thành tín hi u
tái t o nh c ng hư ng t
34

35. Minh ho quá trình t hoá và phát thu sóng vô tuy n
35

36. T thông tin v t bào ñã bi t c n xác ñ nh v trí, ñ
ñ m nh t, cư ng ñ tín hi u trong không gian c a
chúng.
ð mã hoá v trí không gian c a các nguyên t th
tích cũng như ñ xác ñ nh b d y c a l p c t, thay vì
ng d ng m t t trư ng ngoài ñ ng nh t ta s d ng
m t t trưòng bi n thiên theo m t quy lu t ñã bi t vím t t trưòng bi n thiên theo m t quy lu t ñã bi t ví
d quy lu t tăng gi m tuy n tính. T trư ng bi n thiên
này ñư c t o ra b ng cách s d ng các cu n dây
chênh t , t trư ng do chúng sinh ra s c ng v i t
trư ng chính và t trư ng t ng tác ñ ng vào cơ th
s là m t t trư ng bi n thiên tuy n tính theo không
gian.
36

37. 37
a. T trư ng bi n thiên t 1,4 ñ n 1,6 T
b. T n s LAMOR thay ñ i 60 - 68 MHz
T trư ng bi n thiên
theo 3 tr c GZ, GY, GX

38. Tín hi u thu ñư c t các t bào s có t n s khác
nhau, ph thu c vào cư ng ñ t trư ng ñã ñư c
ñi u khi n, do ñó có th xác ñ nh ñư c v trí không
gian tương ng v i các t bào này. Tương ng v i 3gian tương ng v i các t bào này. Tương ng v i 3
tr c không gian X,Y,Z s có 3 cu n dây chênh t .
Trong ñó các cu n dây chênh t theo tr c X và Y ñ
ñ nh v các t bào trong m t ph ng l p c t, cu n dây
chênh t theo tr c Z ñ xác ñ nh b d y l p c t.
38

39. 39

40. 40
1. Kh i nam châm
2. Chèn t
3. Chênh t
4. B phát RF (antenna)
5. Bàn b nh nhân
6. Chuy n m ch thu – phát
7. Ti n khu ch ñ i
8. Gi i ñi u ch QAM v i hai b l c thông th p t n s
th p và ADC.
9. B ñi u ch SSB v i hai b DAC
10. T m chì ch ng RF xuyên qua

41. Các lo i nam châm dùng trong máy CHT: 3 lo i
◦ Nam châm vĩnh c u
◦ Nam châm ñi n
◦ Nam châm siêu d n
41
Nam châm dùng
dòng ñi n
Nam châm siêu
d n
Nam châm vĩnh c u
(lo i kép)
Các lo i nam châm t o ra t trư ng

42. Thư ng ñư c dùng trong
nh ng máy c ng hư ng
t có cư ng ñ t trư ng
th p, không quá 0,2 T.
Ưu ñi m: không tiêu hao
ñi n ho c ch t làm l nh.ñi n ho c ch t làm l nh.
Như c ñi m: cư ng ñ t
trư ng th p và thay ñ i
theo nhi t ñ . Tr ng
lư ng l n (m t nam châm
0.3T có tr ng lư ng t i
100 t n)
42

43. G m hai lo i:
◦ Nam châm dùng dòng ñi n.
◦ Nam châm siêu d n.
Nam châm dùng dòng ñi n:
◦ Cư ng ñ t trư ng c a lo i nam châm này có th ñ t t i 0,5T.
Lo i này có c u trúc ñơn gi n, chi m ít di n tích và không dùngLo i này có c u trúc ñơn gi n, chi m ít di n tích và không dùng
ch t làm l nh.
◦ Như c ñi m cơ b n là tiêu hao dòng ñi n l n và tiêu hao nhi u
ñi n năng trong lúc v n hành vì v y h u như ít ñư c s d ng
trong th c t .
43

44. Nam châm siêu d n ñư c
dùng ph bi n nh t trong
các máy c ng hư ng t
ch t lư ng cao hi n nay,
có cư ng ñ t trư ng t
1T ñ n kho ng 4T.1T ñ n kho ng 4T.
◦ Ưu ñi m cơ b n c a lo i nam
châm này là có cư ng ñ và
ñ ñ ng ñ u t trư ng r t
cao.
◦ Như c ñi m: h th ng c u t o
ph c t p. Chi phi ñ u tư và
v n hành cao
44

45. Gradient làm thay ñ i cư ng ñ t trư ng t ñi m
này ñ n ñi m khác trên cơ th b nh nhân.
Gradient ñư c t o ra b ng cách g n các c p cu n
gradient trong nam châm, trong quá trình t o nh
chúng ñư c b t t t nhi u l n.
45

46. -Tương ng v i ba tr c X, Y,
X là ba cu n dây X, Y, Z, t o
ra các t trư ng bi n thiên
Gx, Gy, G-z.
- Các t trư ng bi n thiên
46
- Các t trư ng bi n thiên
theo không gian này c n ñ
ch n l p c t.
- Xác ñ nh v trí (thông qua
vi c mã hóa pha và mã hóa
t n s t trư ng M) trong l p
c t ñư c ch n

47. H th ng s d ng cu n RF làm nhi m v truy n năng
lư ng RF ñ kích thích các spin vào trong cơ th và thu
nh n tín hi u RF phát ra t b nh nhân khi ng ng phát
xung RF. Bao g m m t ñ u thu và ñ u phát.xung RF. Bao g m m t ñ u thu và ñ u phát.
◦ ð u phát: T o năng lư ng RF, ñ t lên cu n và sau ñó truy n vào
cơ th ngư i b nh.
◦ ð u thu: Thu các tín hi u RF phát ra t mô c ng hư ng.
47

48. 48
Hình nh cu n RF

49. ði u khi n thu nh n
Tái t o nh
Lưu tr và khôi ph c nh
49

50. Bư c 1: ð t b nh nhân vào trong t trư ng –
Các proton trong cơ th tương tác v i t trư ng.
Bư c 2: Kích thích h t nhân nguyên t - Phát
xung vô tuy n RF.
50

51. Bư c 3: B sung thông tin v không gian- áp d ng các
cu n dây chênh t .
Bư c 4: Theo dõi ph n ng c a các h t nhân- phát hi n
và thu tín hi u nh cu n thu. Cư ng ñ tín hi u phát ravà thu tín hi u nh cu n thu. Cư ng ñ tín hi u phát ra
t m t kh i lư ng mô ñư c th hi n trên m t thang màu
t tr ng ñ n ñen. Cư ng ñ tín hi u c a m t lo i mô
ph thu c vào th i gian khôi ph c l i t tính T1 và T2,
m t ñ proton c a nó.
51

52. Bư c 5 : Bi n ñ i tín hi u thành hình nh- Tái t o
nh thông qua phép bi n ñ i Fourier.
Quá trình hình thành MR x y ra trong hai pha:
◦ Pha thu nh n tín hi u.
◦ Pha tái t o tín hi u.
52

53. Thu nh n tín hi u
L a ch n lát c t
◦ Phương th c kích thích l a ch n
◦ Thu nh n kh i
Mã hóa t n s
Mã hóa pha
Không gian K
Tái t o nh
53

54. Phương th c kích thích l a ch n: c n ph i l a ch n
trư c m t lát c t b ng cách ñi u ch nh cu n gradient.
54