Only in my Website Hà Hoàng Kiệm, Hospital 103

Nguyên lý chụp cộng hưởng từ (MRI)

Only in my Website

Hình 1. Máy chụp MRI (bên trái), hình ảnh MRI sọ não cắt theo mặt phẳng dọc Sagittal (bên phải).

1. Sơ lược nguyên lí

Chụp cộng hưởng từ hay còn gọi là chụp MRI ( magnetic resonance imaging ). Phim MRI cho tất cả chúng ta hình ảnh một lát cắt qua cấu trúc khung hình. Ưu điểm của MRI so với CTscanner là có thể hiện hình rõ những cấu trúc ứng dụng có độ phân giải cao, được cho phép tất cả chúng ta đánh giá và nhận định hình ảnh rõ ràng. Chụp MRI không sử dụng tia X-quang nên không gây ô nhiễm cho khung hình bệnh nhân. Nhưng vì bệnh nhân phải được đặt trong một từ trường mạnh nên những bệnh nhân có sắt kẽm kim loại trong khung hình như phương tiện đi lại kết xương, thay chỏm xương đùi hay khớp gối tự tạo, van tim tự tạo bằng sắt kẽm kim loại, đĩa đệm tự tạo, mảnh đạn mảnh sắt kẽm kim loại sẽ gây nhiễu từ không chụp được .
Mọi vật thể đều được cấu trúc từ nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử được cấu trúc từ những proton ( mỗi proton mang điện tích + 1 ) và những neutron ( không mang điện tích ). Quay quanh hạt nhân là những electron ( mang điện tích âm ). Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton của hạt nhân bằng đúng số electron của nguyên tử đó. Tất cả những “ hạt ” này đều hoạt động. Neutron và proton quay quanh trục của chúng, electron quay quanh hạt nhân và quay quanh trục của chúng. Sự quay của những “ hạt ” nói trên quanh trục của chúng tạo ra một mômen góc quay gọi là spin ( Spin nghĩa là quay quanh trục ). Ngoài ra, những hạt mang điện tích khi hoạt 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 mômen từ ( magnetic moment ). Trong điều kiện kèm theo thông thường những momen từ xu thế phân tán làm chúng triệt tiêu nhau, nên người ta không ghi được tín hiệu gì của chúng .
Nhờ những đặc tính vật lý như vậy, khi đặt một vật thể vào trong một từ trường mạnh, những momen từ đang khuynh hướng phân tán sẽ trở nên khuynh hướng song song và đối song song .

Hình 2. Phương trình Larmor (hình trái). Hình giữa: Định hướng phân tán của các momen từ trong điều kiện bình thường. Hình phải: Các momen từ định hướng song song và đối song song dưới tác dụng của từ trường ngoài. Các proton có trạng thái năng lượng thấp sẽ sắp xếp song song (mũi tên đỏ) theo hướng của từ trường ngoài. Các proton có trạng thái năng lượng cao se sắp xếp theo hướng đối song song (mũi tên xanh). Các vectơ từ sắp sếp song song cùng chiều với hướng từ trường máy có số lượng lớn hơn các vectơ từ sắp sếp ngược chiều và chúng không thể triệt tiêu cho nhau hết, do đó vectơ từ hoá thực có hướng của vectơ từ trường máy. Đó là trạng thái cân bằng. Trong trạng thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận. Khi trạng thái cân bằng bị xáo trộn sẽ có tín hiệu được hình thành.

Cơ thể tất cả chúng ta có tỉ lệ đa phần nước ( 60-70 % ). Trong thành phần của phân tử nước có hai nguyên tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một nguyên tử đặc biệt quan trọng vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đó, nó có một mômen từ lớn. Điều đó dẫn tới một hệ quả là : nếu ta dựa vào hoạt động giải trí từ của những nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bổ nước khác nhau của những mô trong khung hình thì tất cả chúng ta hoàn toàn có thể ghi hình và phân biệt được những mô đó. Mặt khác, trong cùng một cơ quan, những tổn thương bệnh lý đều dẫn đến sự đổi khác phân bổ nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động giải trí từ tại đó sẽ biến hóa so với mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình được những thương tổn .
Ứng dụng nguyên lý này, MRI sử dụng một từ trường mạnh và một mạng lưới hệ thống phát những xung có tần số vô tuyến ( RF : radio frequancy ) để tinh chỉnh và điều khiển hoạt động giải trí điện từ của hạt nhân nguyên tử, mà đơn cử là nhân nguyên tử hydro có trong phân tử nước của khung hình, nhằm mục đích bức xạ nguồn năng lượng dưới dạng những tín hiệu có tần số vô tuyến. Các tín hiệu này sẽ được một mạng lưới hệ thống thu nhận và giải quyết và xử lý điện toán để tạo ra hình ảnh của đối tượng người dùng vừa được đưa vào từ trường đó .
Nguyên lý tạo ảnh cộng hưởng từ hoàn toàn có thể hiểu sơ lược gồm bốn bước cơ bản sau :

1.1. Bước 1. Đặt người bệnh vào một từ trường mạnh

Từ trường có cường độ từ 0,2 – 2,0 Tesla ( T ), ( 1T = 10.000 Gauss ) để làm những proton đang có mô men từ phân tán trở nên xu thế song song và đối song song .

Hình 3. Mô hình cấu tạo máy MRI.

Radio Frequancy Coil : cuộn phát sóng tần số radio, Gradient coils : cuộn gradient, Maggnet : Từ trường, Scanner : Bộ phận quét, Patient : Bệnh nhân. Patient Table : Bàn bệnhh nhân .

1.2. Bước 2. Phát sóng radio vào bệnh nhân

Mục đích phát sóng radio vào bệnh nhân để kích thích những proton đang ở vị trí xu thế song song hoặc đối song song, và đang quay hòn đảo theo hướng từ trường ngoài. Muốn kích thích được những proton này, sóng radio phải có cùng tần số với tần số hòn đảo wo của những proton trong khung hình, hiện tượng kỳ lạ này gọi là “ cộng hưởng ”. Dưới công dụng của sóng RF, một số ít spin ở trạng thái nguồn năng lượng thấp hấp thu nguồn năng lượng của trường RF và đổi khác thành trạng thái nguồn năng lượng cao. Điều này có công dụng “ đẩy ” những vector hướng tới mặt phẳng nằm ngang. Các proton tiếp đón nguồn năng lượng sóng radio dạng xung sẽ hòn đảo đồng nhịp với xung radio, gọi là hiện tượng kỳ lạ đồng pha. Vì vậy, tại cùng một thời gian, những proton này sẽ cùng hướng về một phía. Véc tơ của những proton đồng pha này sẽ tổng hợp tạo thành một vector tổng hợp theo hướng ngang ( vuông góc với hướng của từ trường ngoài của máy ). Hiện tượng này gọi là hiện tượng kỳ lạ “ từ hóa ngang ”. Sóng radio làm giảm hiện tượng kỳ lạ từ hóa dọc và tạo mới hiện tượng kỳ lạ từ hóa ngang .
Như vậy có hai khái niệm quan trọng trong giải quyết và xử lý tín hiệu đó là từ hóa dọc ( longitudinal magnetization ) là véc tơ tổng hợp của những proton theo hướng song song với từ trường ngoài của máy và từ hóa ngang ( transverse magnetization ) là véc tơ tổng hợp của những proton theo hướng ngang vuông góc với từ trường ngoài của máy .
– Từ hóa dọc là hiện tượng kỳ lạ từ hóa do tác động ảnh hưởng của từ trường máy. Đó chính là trạng thái cân đối như đã trình diễn ở trên. Trạng thái này được duy trì cho đến khi có một xung của dòng điện có tần số radio ( RF ) tác động ảnh hưởng làm vector từ hóa lệch khỏi hướng của vectơ từ trường máy. Khi ngừng phát xung RF, sau một thời hạn nào đó, vectơ từ hóa lại Phục hồi trở về vị trí dọc khởi đầu. Quá trình Phục hồi ( recovery ) theo hướng dọc của từ trường máy gọi là quy trình thư dãn theo trục dọc ( longitudinal relaxation ). Người ta không chờ thời hạn thư giãn giải trí theo trục dọc kết thúc vì quá dài mà chỉ cần xác lập thời hạn hiện tượng kỳ lạ từ hóa dọc đạt 63 % là đủ. Như vậy khái niệm : Thời gian thư dãn theo trục dọc ( longitudinal relaxation time ) là thời hạn thiết yếu để hiện tượng kỳ lạ từ hóa dọc đạt 63 % giá trị bắt đầu của nó. Thời gian này còn gọi là thời hạn T1 .

Hình 4. Từ hóa dọc (hình trái) và từ hoá ngang (hình phải)

– Từ hóa ngang xảy ra khi phát xung RF lên mô. Xung này thường là xung 900. Do hiện tượng kỳ lạ cộng hưởng nên vector từ hóa lệch khỏi hướng của vector từ trường máy và bị đẩy theo hướng ngang tạo nên vector từ hóa ngang ( transverse magnetization vector ). Từ hóa ngang là trạng thái không không thay đổi và nhanh gọn phân rã khi kết thúc xung RF. Từ hóa ngang giảm dần về không là một quy trình thư dãn gọi là thư dãn theo trục ngang ( transverse relaxation ). Khi ngắt xung RF, vectơ từ hóa ngang mất pha, suy giảm nhanh gọn và từ từ trở về 0. Thời gian thiết yếu để 63 % giá trị từ hóa ngang khởi đầu bị phân rã gọi là thời hạn thư dãn theo trục ngang ( transverse relaxation time ). Thời gian này còn gọi là thời hạn T2. Thời gian T2 ngắn hơn nhiều so với thời hạn T1 .

Hình 5: Quá trình từ hoá dọc và từ hoá ngang. M0 là vectơ từ hoá thực ở trạng thái cân bằng. Y là hướng của vectơ từ hoá ngang. MZ là vectơ từ hoá khi thư dãn theo trục dọc.

1.3. Bước 3. Tắt sóng radio

Khi ngắt xung RF, những proton không còn bị kích thích, trở lại sắp hàng như cũ dưới tác động ảnh hưởng của từ trường máy ( gọi là quy trình thư dãn theo trục dọc, thời hạn để Phục hồi theo trục dọc đạt 63 % giá trị bắt đầu của nó được gọi là thời hạn T1 ). Trong quy trình này, khi momen từ của những proton Phục hồi trở lại vị trí dọc bắt đầu, chúng sẽ bức xạ nguồn năng lượng dưới dạng những tín hiệu tần số vô tuyến. Các tín hiệu này sẽ được cuộn thu nhận tín hiệu ( receiver coil ) của máy ghi lại ( tín hiệu ảnh T1 ) .
Các proton đang hòn đảo theo hướng ngang sẽ dần trở lại hướng dọc của từ trường ngoài khi tắt sóng radio. Từ hóa ngang giảm dần về không, gọi là thư duỗi ngang, biểu lộ bằng khoảng chừng thời hạn T2, những tín hiệu nó phát ra được ghi lại để tạo ảnh T2 .

Hình 6. Mối liên hệ giữa thời gian T1 (hình trái), T2 (hình phải) với mức độ từ hoá và cường độ tín hiệu trên phim chụp.

          Sau khi tắt sóng radio, các tín hiệu dòng điện thu được cũng giảm dần về không. Định vị các tín hiệu này dựa vào tình trạng chênh lệch từ lực dọc theo khung máy. Độ dày của các bước chênh lệch từ trường chính là độ dày của lớp cắt. Chính vì vậy các máy có cùng cường độ từ trường (giả sử 1,5 Tesla), máy nào có độ chênh từ càng lớn thì độ nét của hình càng tốt.

Trong quy trình thư dãn ( trở lại ) của từ hóa dọc, những mô khác nhau sẽ có mức từ hóa khác nhau. Vì thế vận tốc tăng sẽ khác nhau, hay nói cách khác giá trị T1 khác nhau. Mô với giá trị T1 ngắn hơn sẽ có vận tốc tăng lại từ hóa dọc nhanh hơn. Do vậy, trong suốt thời hạn này nó có mức từ hóa cao hơn, tạo tín hiệu mạnh hơn và Open trên ảnh sáng hơn .
Trong quy trình phân rã sự từ hóa ngang, những mô khác nhau có mức từ hóa khác nhau do đó vận tốc phân rã khác nhau, hay T2 khác nhau. Giá trị T2 dài tức mô có mức nhiễm từ cao, tạo ra tín hiệu mạnh hơn và sáng hơn trong ảnh so với mô có giá trị T2 ngắn. Tại thời gian mở màn chu kỳ luân hồi, không có tương phản T2, nhưng tương phản T2 tăng dần trong quy trình thư dãn .

Hình 7. Biểu đồ mô tả giá trị từ hóa dọc (các đường đi lên) và từ hóa ngang (các đường đi xuống) của các mô khác nhau, người ta chỉ cần xác định thời gian giá trị từ hóa dọc (T1) và từ hóa ngang (T2) đạt 63% giá trị của nó, thời gian đó sẽ được thể hiện bằng mức thang xám khác nhau trên hình ảnh.

Như vậy phương pháp tạo ảnh MRI có hai pha khác nhau. Một pha đi cùng với sự từ hóa dọc ( tạo ảnh T1 ) và pha kia đi cùng với sự từ hóa ngang ( tạo ảnh T2 ). Mặt khác, trong thời hạn T1 khi mômen từ của những proton Phục hồi theo chiều dọc dưới tác động ảnh hưởng của từ trường máy thì tổng tổng thể mômen từ của proton lúc này được gọi là vectơ từ hóa thực. Độ lớn của vectơ từ hóa thực phụ thuộc vào vào tỷ lệ proton của mô đó. Giữa hai mô lân cận, dù thời hạn T1 hoàn toàn có thể bằng nhau nhưng nếu tỷ lệ proton khác nhau thì mức độ từ hóa sẽ khác nhau. Vì thế cường độ tín hiệu bức xạ ra cũng khác nhau nên sẽ tạo ra ảnh tương phản khác nhau. Nhờ đó ta hoàn toàn có thể phân 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 những mô tiến dần đến trạng thái cân đối thì tỷ lệ proton lại trở thành một yếu tố chính tác động ảnh hưởng đến tương phản giữa hai mô .
Thời gian T1 khi nào cũng lớn hơn T2 gấp 2 lần, hoặc 5 lần, hoặc 10 lần. T1 và T2 nhờ vào vào loại cấu trúc của khung hình và từ lực của từ trường ngoài. Nước có T1 dài, mỡ có T1 ngắn .
Ảnh giải quyết và xử lý T1 thì sự khác nhau về cường độ tín hiệu giữa những tổ chức triển khai được hiện trên ảnh, còn được gọi là đối quang tổ chức triển khai, hầu hết do sự khác nhau về thời hạn T1 giữa những tổ chức triển khai. Trên ảnh T1, những tổ chức triển khai nào nhiều nước thì giảm tín hiệu có màu tối. Ví dụ ảnh chụp cột sống thì tủy sống có màu tối, ảnh chụp não thì những não thất chứa dịch não tủy có màu tối .
Ảnh giải quyết và xử lý T2 thì sự khác nhau về cường độ tín hiệu giữa những tổ chức triển khai được hiện trên ảnh hầu hết do sự khác nhau về thời hạn T2 giữa những tổ chức triển khai. Trên ảnh T2, hình ảnh sẽ ngược với T1, những tổ chức triển khai nào nhiều nước thì tăng tín hiệu có màu trắng. Ví dụ ảnh chụp cột sống thì tủy sống có màu trắng, ảnh chụp não thì những não thất chứa dịch não tủy có màu trắng .

Hình 8. Quá trình kích thích hạt nhân bằng sóng có tần số radio (RF) để tạo hiện tượng từ hóa ngang và quá trình thư dãn sau khi tắt sóng radio làm các vec tơ từ trở về theo hướng dọc. Từ hóa ngang giảm dần gọi là thư duỗi ngang và bức xạ năng lượng dưới dạng tính hiệu sóng radio, năng lượng này thu được cho phép máy ghi được tín hiệu để tạo ảnh  (tín hiệu thu được tạo ảnh T2).

1.4. Bước 4. Dựng ảnh bằng tín hiệu ghi được

Để biểu lộ cường độ tín hiệu thu được phân bổ trên một lớp cắt, người ta vận dụng chiêu thức toán học của Fourrier để chuyển những tín hiệu thu được thành những thông tin trong khoảng trống. Quá trình tạo ảnh tiếp theo giống như tạo ảnh trong CTscanner .
Do những tín hiệu thu được bắt nguồn từ những proton của những nguyên tử trong mô, vì thế độ phân giải của ảnh MRI lớn hơn ảnh CTscanner rất nhiều, ảnh rõ nét hơn và được cho phép dựng những ảnh dọc, ảnh ngang, ảnh chéo, ảnh khoảng trống ba chiều, có chất lượng cao .

Hình 9. Tóm tắt các bước chụp MRI (FT là phương pháp toán học của Fourrier).

Một số khái niệm trong quá trình tạo ảnh: TR, TE, T1W, T2W, PD và PDW.

Như đã biết ở trên, cường độ tín hiệu tăng dần từ 0 đến cực lớn trong thời hạn T1 và giảm dần từ cực lớn trở về 0 trong thời hạn T2. Nhằm tạo ra sự tương phản tốt nhất về hình ảnh của những mô, người ta phải chọn thời gian T1 và T2 thích hợp để thu nhận những tín hiệu bức xạ phân phối cho quy trình tạo ảnh. TR và TE chính là những thông số kỹ thuật về thời hạn đo tín hiệu được người quản lý và vận hành máy thiết lập trước khi chụp MRI .

T1: còn gọi là thời gian hồi giãn dọc, có giá trị khoảng 100 ms – 3000 ms. Trong một từ trường nhất định T1 có các giá trị khác nhau. Mỡ có thời gian T1 ngắn nhất 200 – 250 ms, nước tự do càng nhiều thời gian T1 càng dài (>2000 ms). Chất trắng có thời gian T1 ngắn hơn chất xám vì chất trắng chứa nhiều mỡ hơn. Mô nào có T1 ngắn sẽ có tín hiệu mạnh (trắng) và mô nào có T1 dài sẽ có tín hiệu yếu (đen). Cụ thể mỡ sẽ có màu trắng nhất, các mô mềm sẽ có màu xám hơn và các loại dịch có màu đen.

T2: còn gọi là thời gian hồi giãn ngang, có giá trị khoảng 40 – 200 ms, sự khác biệt các mô cũng tương tự cũng tương tự T1 nhưng ngược lại. Mô có T2 dài sẽ cho tín hiệu mạnh (trắng) và mô có T2 ngắn sẽ cho tín hiệu yếu (đen). Trong cơ thể, gan có thời gian T2 ngắn nhất (40ms), mỡ (80 ms) và dịch não tủy có thời gian T2 dài nhất (160ms). Trên hình T2 dịch não tủy ở não thất và khoang dưới nhện có màu trắng, các mô mềm có màu xám và vỏ xương hầu như không có tín hiệu nên có màu đen.

TR (Time of Repetition) là khoảng thời gian từ khi bắt đầu thư dãn dọc đến khi mức độ từ hoá của mô được đo để tạo ra tương phản ảnh. Xác định giá trị TR là xác định thời điểm chụp ảnh (ở trên chúng ta lấy TR là 63% mức thư giãn dọc).

TE (Time of Echo event) là khoảng thời gian từ khi bắt đầu thư dãn ngang đến khi mức độ từ hoá của mô được đo để tạo ra tương phản ảnh (ở trên chúng ta lấy TE là 63% mức thư giãn ngang). Các giá trị kết hợp giữa TE và TR được chọn qua các bảng tuỳ thuộc vào từng loại mô.

Bằng cách kiểm soát và điều chỉnh những giá trị TR và TE của T1 và T2, ta thu được những tương phản ảnh tương ứng với một đặc tính mô riêng không liên quan gì đến nhau. Ảnh của T1 và T2 trong trường hợp này gọi là T1 kiểm soát và điều chỉnh hay trọng T1 hay hướng tới T1 ( T1-weighted : T1W ) và T2 kiểm soát và điều chỉnh hay trọng T2 hay hướng tới T2 ( T2-weighted : T2W ). Trong trường hợp lấy TR và TE theo tiêu chuẩn quy ước là thời hạn mà thư giãn giải trí dọc hay thư giãn giải trí ngang đạt 63 % giá trị của nó thì đó là ảnh T1 hay T2, còn nếu người chụp kiểm soát và điều chỉnh theo TR và TE thì cho ảnh T1W và T2W ) .
Nhằm tạo ảnh T1 kiểm soát và điều chỉnh, người ta cần chọn một giá trị TR tương ứng với thời hạn mà tại đó tương phản T1 lớn nhất giữa hai loại mô. Nếu lựa chọn TR dài hơn sẽ tạo ra cường độ tín hiệu lớn hơn nhưng tương phản T1 ít hơn. Việc lựa chọn TR thích hợp với những giá trị T1 của mô rất có ý nghĩa trong chẩn đoán hay hướng tới T1 lâm sàng, đặc biệt quan trọng khi phân biệt giữa mô lành và mô bệnh lý. Nếu giá trị TR được chọn bằng giá trị T1 của mô, đó là ảnh được chụp khi mô trở lại 63 % sự nhiễm từ mô của nó .
Nhằm tạo ảnh T2 kiểm soát và điều chỉnh, người ta cần chọn một giá trị TE tương ứng với thời hạn mà tại đó tương phản T2 lớn nhất giữa hai loại mô. Tương phản T2 cực đại 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 .

PD (Proton Density) là ảnh khảo sát mật độ proton. Như đã nói 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 tương phản mật độ proton thì gọi là ảnh mật độ proton điều chỉnh (Proton Density-weighted – PDW: Đậm độ proton).  Số lượng proton có trong tế bào và mô, không liên quan với thời gian T1 và thời gian T2. Mô nào có đậm độ proton càng cao thì tín hiệu cộng hưởng từ càng mạnh. Hiện nay hình ảnh PDW được sử dụng trong chuyên khoa thần kinh và cơ xương khớp, trên thực tế lâm sàng PDW có giá trị khi cần đánh giá cấu trúc có tín hiệu thấp như mô sợi.

Các chuỗi xung:

FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery): chuỗi xung xóa tín hiệu các dịch

Hình thu được từ chuỗi xung FLAIR thuộc mô hình T2W nhưng thành phần nước không có tín hiệu ( đen ). Trên phim sọ não, FLAIR là chuỗi xung T2, xóa dịch não tủy. Chuỗi xung FLAIR có ý nghĩa phát hiện những tổn thương khác như chảy máu, viêm não, xơ hóa mảng ( MS ). Trên FLAIR, dịch não tủy bị xóa tín hiệu nên có màu đen, như vậy nếu có chảy máu màng não, tăng tín hiệu, sẽ thuận tiện nhận ra. Đối với nhồi máu não tối cấp ( < 6 h ), tín hiệu vùng nhồi máu trên FLAIR đa phần thông thường hoặc tăng tín hiệu rất nhẹ .

STIR (Short Time Inversion Recovery): chuỗi xung làm mất tín hiệu của mô mỡ. Hình thu được bằng chuỗi xung STIR là hình đảo ngược âm bản của hình T1W.

DWI (Diffusion Weighted Imaging): Hình ảnh cộng hưởng từ khuếch tán.

Đây là một trong những kỹ thuật mới của cộng hưởng từ, hiện đang được sử dụng thông dụng so với những bệnh lý sọ não. Cộng hưởng từ khuếch tán là kỹ thuật rất nhạy phát hiện tổn thương não ở quá trình nhồi máu rất sớm < 1 h hoàn toàn có thể phát hiện vài phút sau khởi phát, giúp cải tổ độ chính xác cộng hưởng từ lên 95 %. Nó được dùng gần như là thiết yếu để phát hiện sớm bệnh lý nhồi máu não tối cấp, được cho phép phát hiện tổn thương sau 11 phút và gần như chắc như đinh sau 30 phút. Chuỗi xung khuyếch tán so với nhồi máu não cấp có độ nhạy khoảng chừng 88-100 %, độ đặc hiệu 86-100 %. Người ta còn gọi đây là “ chuỗi xung nhồi máu ” . Với chuỗi xung khuyếch tán và map ADC được cho phép phát hiện được nhồi máu não > 90 % trong 1 h đầu, nói chung hoàn toàn có thể phát hiện được vùng nhồi máu ngay từ những phút tiên phong, ( chỉ âm tính giả khi tổn thương quá nhỏ và thường ở hố sau ). Tín hiệu vùng nhồi máu đổi khác theo thời hạn, so với nhồi máu não cấp tính sẽ tăng tín hiệu trên Diffusion và giảm tín hiệu trên map ADC.
Bình thường nước phân bổ trong nội bào và ngoại bào cân đối nhau và sự khuyếch tán của những phân tử nước thuận tiện trong khoang gian bào. Khi tế bào não bị thiếu oxy làm bơm Na + / K + và những bơm ion khác suy yếu, dẫn đến tái phân bổ nước, nước từ ngoại bào đi vào nội bào ( nơi vốn hạn chế sự hoạt động của nước ), gây nên phù nề tế bào và giảm thể tích khoang ngoại bào, làm hạn chế sự hoạt động ( khuếch tán ) của nước khi thiếu máu cấp. Như vậy trong quá trình cấp < 7 ngày phù nề tế bào làm khoang gian bào hẹp lại và nước trong tế bào bị hạn chế khuyếch tán ( giảm tín hiệu ). Tuy nhiên sau 7 ngày những tế bào tổn thương bị hoại tử giải phóng nước làm khuyếch tán tăng ( tăng tín hiệu ) . Nguyên lý DWI là nhìn nhận sự khuyếch tán của những phân tử nước trong khoang gian bào . Để biểu thị độ lớn và khunh hướng khuếch tán, người ta sử dụng thông số khuyếch tán biểu kiến ADC ( Apparent Diffusion Coefficient ). Hệ số ADC đổi khác tùy theo cấu trúc và thực trạng bệnh lý của mô. Mô có thông số ADC càng lớn, năng lực khuyếch tán của nước trong mô càng mạnh . Để nhìn nhận mức độ khuyếch tán, người ta dùng những chênh từ đặc biệt quan trọng, gọi là chênh từ khuyếch tán ( diffusion gradient ), được cho phép thể hiện thực trạng lệch pha do ảnh hưởng tác động của khuếch tán. Các chênh từ này được kiểm soát và điều chỉnh bằng một tham số gọi là thông số nhạy cảm khuyếch tán b ( diffusion sensitivity factor ) được tính bằng sec / mm2. Khi b = 0, ảnh chụp không nhạy cảm với khuyếch tán là thông thường. Người ta thường dùng giá trị b = 500 và 1000 để nhìn nhận năng lực khuyếch tán trong lâm sàng .

Bản đồ ADC là hình được vẽ lại từ những giá trị ADC của những mô, do vậy vùng kém khuyếch tán sẽ có màu đen hơn vùng có khuếch tán tốt. trái lại, hình DWI ghi nhận tín hiệu của những proton trong quy trình khuếch tán của chúng tuy vẫn chưa bị chứa một phần đặc trưng T2W. Do vậy vùng có tín hiệu cao trên hình DWI là vùng giảm mức độ khuếch tán, ngược với hình map ADC sẽ có tín hiệu thấp .
Do DWI được sử dụng chuỗi xung điểm vang đồng phẳng nên rất nhạy với hoạt động rất nhỏ của proton nước. Trên DWI, những cấu trúc khuếch tán nhanh sẽ tạo sự suy giảm tín hiệu nhanh hơn, chúng là tín hiệu tối trên hình DWI .

Hình MRI nhồi máu não tối cấp ( 4 h )

Mô nhồi máu sáng trên DWI, tương ứng vùng tín hiệu thấp trên ADC .
Hình ảnh trên phim MRI được tạo dựng trên 3 mặt phẳng :
– Axial plane : Mặt phẳng ngang. Đay là hình ảnh trực tiếp thu được từ tín hiệu MRI .
– Saggital plaine : Mặt phẳng đứng dọc ( trước sau ) là ảnh dựng lại từ những tín hiệu MRI .
– Coronal plane : Mặt phẳng đứng ngang ( mặt phẳng trán ) là ảnh dựng lại từ những tín hiệu MRI .

2. Đọc phim MRI

          Phim MRI được đọc và nhận xét kết quả tương tự như phim chụp CTscanner, nhưng phim MRI không xác định tỉ trọng của cấu trúc như khi đọc phim CTscanner, mà phân biệt giữa các cấu trúc dựa trên bậc thang xám tạo nên mức độ đối quang của các cấu trúc trên ảnh.

Ảnh T1 tạo ra từ thời gian T1: còn gọi là thời gian hồi giãn dọc, có giá trị khoảng 100 ms – 3000 ms. Trong một từ trường nhất định T1 có các giá trị khác nhau. Mỡ có thời gian T1 ngắn nhất 200 – 250 ms, nước tự do càng nhiều thời gian T1 càng dài (>2000 ms). Chất trắng có thời gian T1 ngắn hơn chất xám vì chất trắng chứa nhiều mỡ hơn. Mô nào có T1 ngắn sẽ có tín hiệu mạnh (trắng) và mô nào có T1 dài sẽ có tín hiệu yếu (đen). Cụ thể mỡ sẽ có màu trắng nhất, các mô mềm sẽ có màu xám hơn và các loại dịch có màu đen.

Ảnh T2 tạo ra từ thời gian T2: còn gọi là thời gian hồi giãn ngang, có giá trị khoảng 40 – 200 ms, sự khác biệt các mô cũng tương tự cũng tương tự T1 nhưng ngược lại. Mô có T2 dài sẽ cho tín hiệu mạnh (trắng) và mô có T2 ngắn sẽ cho tín hiệu yếu (đen). Trong cơ thể, gan có thời gian T2 ngắn nhất (40ms), mỡ (80 ms) và dịch não tủy có thời gian T2 dài nhất (160ms). Trên hình TW2 dịch não tủy ở não thất và khoang dưới nhện có màu trắng, các mô mềm có màu xám và vỏ xương hầu như không có tín hiệu nên có màu đen.

Đậm độ proton: (Proton density) số lượng proton có trong tế bào và mô, không liên quan với thời gian T1 và thời gian T2. Mô nào có đậm độ proton càng cao thì tín hiệu cộng hưởng từ càng mạnh. Hiện nay hình ảnh PDW được sử dụng trong chuyên khoa thần kinh và cơ xương khớp, trên thực tế lâm sàng PDW có giá trị khi cần đánh giá cấu trúc có tín hiệu thấp như mô sợi.

Chuỗi FLAIR (Fluid attenuated inversion recovery) là chuỗi xung xóa tín hiệu các dịch, như dịch não tủy. Hình thu được từ chuỗi xung FLAIR thuộc loại hình T2W nhưng thành phần nước không có tín hiệu (đen).

Chuỗi STIR (short time inversion recovery) là chuỗi xung làm mất tín hiệu của mô mỡ. Hình thu được bằng chuỗi xung STIR là hình đảo ngược âm bản của hình T1W.

          Ảnh xử lý T1 giống như ảnh trên phim chụp CTscanner. Ảnh xử lý T2 có đậm độ các bậc thang xám ngược với ảnh T1. Chẳng hạn, trên ảnh T1 cấu trúc có đậm độ xám thấp thì trên ảnh T2 lại có đậm độ xám tăng. Ảnh T2 và T1 bổ xung cho nhau, cho phép nhận định kết quả tốt hơn. Những tổ chức nhiều nước có độ thang xám tối hơn trên ảnh T1 và sáng hơn trên ảnh T2.

Hình 7. Phim chụp MRI cột sống thắt lưng ở một bệnh nhân bị thoát vị đĩa đệm cột sống thắt lưng L4-5. Bên trái là ảnh T2, những đĩa đệm chưa thoái hóa và tủy sống có nhiều nước nên sáng ( trắng ), Bên phải là ảnh T1, những đĩa đệm chưa thoái hóa và tủy sống có đậm độ xám tăng ( tối hơn ) .
Trong chụp cắt lớp vi tính, để chẩn đoán thực chất tổn thương cần dựa vào tỉ trọng. Chụp MRI lại dựa vào đặc thù tín hiệu ( tăng, giảm hay đồng tín hiệu so với tổ chức triển khai xung quanh ). Các xung RF có tần số khác nhau sẽ tạo ra sự cộng hưởng khác nhau và do đó cho ra những hình ảnh có cường độ tín hiệu, độ sáng tối và độ tương phản tổ chức triển khai khác nhau. Ví dụ xung T1W ( weighted ) cho ảnh T1W có dịch não tủy màu đen, xung PD ( proton density ) cho ảnh tỷ lệ proton có dịch não tủy màu xám, xung T2W cho ảnh T2W có dịch não tủy màu sáng. Mỗi loại ảnh có một giá trị chẩn đoán riêng, ảnh T2W để chẩn đoán những tổn thương chứa dịch, ảnh T1W để quan sát hình ảnh giải phẫu lát cắt của những cơ quan, ảnh T2W FLAIR để chẩn đoán nhồi máu não sớm hay tổn thương thoái hóa myelin trong xơ hóa rải rác .
Hiện nay, ngoài những xung truyền thống như T1W, T2W, PD, T2W FLAIR, những đơn vị sản xuất đã và đang tạo ra rất nhiều xung khác cho máy MRI, đó là SPIR hay STIR ( xung xóa mỡ ), myelography ( chụp tủy sống ), PCA hay inflow ( chụp mạch máu ), cholangiography ( chụp đường mật ), VISTA ( chụp đám rối thần kinh cánh tay ) .

Hình 8 : Hình trái : Cholangiography chụp cây đường mật ( OG : ống gan, OMC : ống mật chủ ). Ảnh phải : Chụp đám rối thần kinh cánh tay ( đứt trọn vẹn thân thần kinh những rễ C6-C8 bên phải phía ngoài lỗ ghép, rễ C5 còn nguyên vẹn, rễ T1 phù nề ) .
Việc hiểu biết nguyên lý hoạt động giải trí và những khái niệm cơ bản của chụp cộng hưởng từ sẽ giúp thầy thuốc nhận định và đánh giá đúng những cấu trúc thông thường hoặc bệnh lý của những mô. Khi đọc bất kể phim MRI nào, thứ nhất phải phân biệt đó là phim T1 hay T2. Có thể thấy rằng nước ( hay chất lỏng nói chung ) vì có tỷ lệ proton cao nên thời hạn để nó Phục hồi lại 63 % giá trị từ hóa khởi đầu ( thời hạn thư giãn giải trí dọc ) sẽ lê dài hơn so với mô có ít nước. Vì thế nước ( hay chất lỏng nói chung ) có cường độ tín hiệu yếu trong thời hạn T1 và biểu lộ bằng màu tối ( đen ) trên phim T1W. trái lại, vì có tỷ lệ proton cao nên đầu thời hạn T2, nước ( hay chất lỏng nói chung ) có cường độ tín hiệu cao và suy giảm ( thời hạn thư giãn giải trí ngang ) lê dài hơn nên biểu lộ bằng màu sáng ( trắng ) trên phim T2W. Các mô bị phù nề, viêm, nhiễm trùng và những nang cũng có đặc thù tương tự như. Vì vậy khi đọc bất kể phim MRI nào, thứ nhất phải tìm những cấu trúc nào mà ta biết chắc như đinh là nước như dịch não tủy trong những 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 chính là ảnh T2W .

Hình 9. Hình ảnh MRI sọ não. Ảnh T1W bên trái ( dịch não tủy màu đen ). Ảnh T2W bên phải ( dịch não tủy màu sáng ) .
Do lợi thế của chiêu thức tạo ảnh cộng hưởng từ, như không dùng bức xạ ion hóa, hình ảnh ứng dụng đặc biệt quan trọng rõ nét trên ảnh, hoàn toàn có thể chụp mạch máu không cần can thiệp vào người bệnh, thế cho nên ngày càng được ứng dụng nhiều. Tuy vậy, do sử dụng từ trường mạnh, nên khi người bệnh có bộ phận giả bằng sắt kẽm kim loại không hề đưa vào khung máy được. Những người mang máy tạo nhịp tim cũng chống chỉ định chụp MRI. Các máy hồi sức cấp cứu cũng không đưa theo bệnh nhân vào phòng đặt máy MRI được .

Hình 10. MRI sọ não cho thấy xuất huyết não vùng bao trong bên trái ( hình trái, khối tăng tỉ trọng, xung quanh là phù não giảm tỉ trọng, đè đẩy não thất, ảnh T1 ). Hình phải : nhồi máu não ổ lớn vùng thái dương phải ( vùng giảm tỉ trọng, ảnh T1 ) .

Hình 11. Hình trái : MRI sọ não thông thường, hình phải xơ cứng não đa ổ

Hình 12. . Hình ảnh những nang sán rải rác trong não trên phim chụp MRI. Hình trái ảnh T1 cho thấy nhiều ổ giảm tỉ trọng rải rác trên khắp những thùy não cỏ vỏ dày. Ảnh giữa và ảnh phải : sau tiêm thuốc cản quang tĩnh mạch, vỏ nang sán ngấm thuốc tăng đậm .

Hình 13. MRI mạch máu não cho thấy túi phình động mạch máu não giữa bên phải ( mũi tên ) .

Hình 14. Hình trái : MRI cắt dọc cột sống thắt lưng ( ảnh T2 ) cho thấy thoát vị đĩa đệm L5-S1 ra sau, thoái hóa và lồi đĩa đệm L4-L5 ( Đĩa đệm thoái hóa mất nước có màu tối trên ảnh T2 và đẩy lồi ra sau ). Đĩa đệm L3-L4 thông thường màu trắng do chứa nhiều nước, có dạng bánh dầy kẹp chả và nằm gọn bên trong giữa hai thân đốt, tủy sống phía sau màu trắng viền trước tủy sống thẳng không bị đẩy lõm. Hình phải cắt ngang thấy đĩa đệm thoát vị ra sau lệc trái chèn ép rễ thần kinh tương ứng .

Tài liệu tham khảo

1. Võ Minh Thành. Nguyên lý của chụp cộng hưởng từ. Thứ ba – 15/04/2014 13 : 50. www : / http. benhviendaklak.org.vn

2. Hà Hoàng Kiệm. Thận học lâm sàng. chẩn đoán X-quang hệ thống thận-tiết niệu. Chụp cộng hưởng từ hạt nhân. NXB YH 2010. trang 276-277.

2. Micheal Y. M. Chen, Thomas L. Pope, David J. Ott, 2010, Basic Radiology. 2 nd edition, McGraw-Hill Medical, 408 pages .

3. Ralph Weissleder, Jack Wittenberg, Mukesh MGH Harisinghani, John W. Chen, 2011, Primer of Diagnostic Imaging. 5 nd edition, Elservier Mosby, 816 pages .

4. William Herring, 2011, Learning Radiology : Recognizing the Basics. 2 nd edition, Elservier Saunders, 333 pages .

5. James Mattson and Merrill Simon. The Pioneers of NMR and Magnetic Resonance in Medicine : The Story of MRI. Jericho và Thành Phố New York : Bar-Ilan University Press, 1996 .ISBN 0-9619 243 – 1-4.

CHIA SẺ BÀI VIẾT

Source: https://suachuatulanh.org
Category : Tin Tổng Hợp