Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chẩn đoán hình ảnh chứng tỏ phận thiếu hoạt động chẩn đoán, điều trị hệ thống chăm sóc sức khỏe cộng đồng Một thiết bị dẫn đầu mức độ ứng dụng đại thiết bị chụp ảnh cộng hƣởng từ hạt nhân MRI Hiện nƣớc có nhiều hệ thống MRI loại với cƣờng độ từ trƣờng từ 1.5T trở lên Trực tiếp vận hành hệ thống MRI phần lớn kỹ thuật viên số bác sĩ Các sở giảng dạy MRI có ĐH Bách Khoa Hà Nội, số trƣờng Đại học Kỹ thuật khác, Viện vật lý - Ngành Vật lý kỹ thuật khoa Chẩn đoán hình ảnh trƣờng đại học Y Tài liệu tham khảo tiếng Việt hạn chế, chủ yếu tài liệu dịch thuật lƣu hành nội với thông tin cung cấp dạng Sinh viên, kỹ thuật viên bác sĩ hoạt động trực tiếp lĩnh vực thƣờng gặp nhiều khó khăn tiếp cận khía cạnh kỹ thuật nhƣ ứng dụng MRI chất phức tạp Vì vậy, đối tƣợng mà luận văn hƣớng đến là: Sinh viên ngành Vật lý kỹ thuật, sinh viên khối chuyên ngành kỹ thuật y sinh trƣờng Đại học, kỹ thuật viên bác sĩ hoạt động lĩnh vực với mục tiêu cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích, tạo sở cho việc tiếp cận kỹ thuật đƣợc thuận lợi Bên cạnh đó, đề tài đƣợc chọn có giúp đỡ tạo điều kiện thầy cô nhà trƣờng, hỗ trợ mặt chuyên môn tài liệu kỹ thuật kỹ sƣ nhiều kinh nghiệm, hỗ trợ mặt ứng dụng bác sĩ trực tiếp làm việc với MRI nhiều năm đặc biệt từ nhu cầu có thực việc tìm hiểu MRI cách hệ thống Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn là: 1- Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh hệ thống cộng hƣởng từ 2- Bƣớc đầu so sánh chất lƣợng tạo ảnh xung FLAIR chụp nhanh xung FLAIR thƣờng qui máy 1.5 Tesla Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn đƣợc tiến hành thông qua phƣơng pháp lý thuyết thực hành bệnh nhân thực tế Việc khảo sát đƣợc thực thực tế máy chụp cộng hƣởng từ 1,5 Tesla Bố cục luận văn Luận văn phần mở đầu chia làm chƣơng CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ CHƢƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MRI CHƢƠNG 3: CÁC CHUỖI XUNG RF CHƢƠNG 4: ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ CHƢƠNG 5: KHẢO SÁT ỨNG DỤNG TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ XUNG PHỤC HỒI ĐẢO NGHỊCH TÍN HIỆU NƢỚC (FLAIR – Fluid Attenuated Inversion Recovery) TRÊN MÁY CỘNG HƢỞNG TỪ 1,5 Tesla Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ Khi hạt nhân đƣợc đặt trƣờng từ xếp theo trƣờng từ, không cố định, mômen từ hạt nhân tiến động quay quanh trục trƣờng từ Tiến động tƣợng vật lý có kết từ tƣơng tác trƣờng từ động lƣợng quay hạt nhân Điều quan trọng tiến động hạt nhân tạo cho hạt nhân nhạy, quay với lƣợng RF có tần số giống với tần số tiến động Điều kiện gọi cộng hƣởng sở cho tạo ảnh MRI Cộng hƣởng sở cho hấp thụ phát lƣợng nhiều vật thể thiết bị Các vật thể có ảnh hƣởng nhiều trao đổi lƣợng tần số cộng hƣởng Cộng hƣởng vật thể thiết bị đƣợc xác định đặc tính vật lý Tần số cộng hƣởng hạt nhân đƣợc xác định kết hợp đặc tính hạt nhân cƣờng độ từ trƣờng Tần số cộng hƣởng gọi tần số Larmor 1.1 Từ tính spin Nhƣ biết, điện tích (âm dƣơng) chuyển động tạo thành từ trƣờng Điện tích chuyển động nhanh từ trƣờng sinh lớn Hạt nhân nguyên tử bao gồm hạt mang điện proton hạt không mang điện neutron Neutron proton có khối lƣợng xấp xỉ nhau, gấp 1840 lần khối lƣợng electron, đƣợc gọi chung nucleon Cả proton neutron có thuộc tính tự quay quanh gọi spin, tạo thành moment từ Trong hạt nhân, proton tạo thành cặp theo hai hƣớng đối momen từ chúng khử lẫn tạo thành momen từ hạt nhân, nhƣ hạt nhân phản hồi lại xung tần số radio hay tạo ảnh Vì có hạt nhân Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt có số lẻ neutron proton có momen từ đƣợc sử dụng tạo ảnh MRI [2] Hình 1.1 Một hạt nhân có điện tích hoạt động nam châm Trong thể, tập trung thành phần hóa học mô cho ta thấy đƣợc tuỳ vào loại mô hệ số trao đổi chất trạng thái bệnh lý Bốn nguyên tố Hydro, Carbon, Nito, Oxy chiếm tới 99% mô Các nguyên tố khác nhƣ Natri, Photpho, Kali… có mặt với độ tập trung thấp Canxi tập trung xƣơng chất lắng cặn riêng biệt Đồng vị nhiều bốn loại nguyên tố chiếm tới 99% mô Hydro-1, Carbon-12, Nito14 Oxy-14 Chỉ Hydro bốn loại đồng vị có hạt nhân từ tính mạnh Hạt nhân nguyên tử Hydro có cấu tạo đơn giản nhất, gồm có proton mà không chứa neutron Đây nguyên tố thích hợp cho tạo ảnh cộng hƣởng từ vì: - Hydro nguyên tố phổ biến thể ngƣời chủ yếu nƣớc mỡ - Hydro có độ nhạy cao với cộng hƣởng từ so với nguyên tố khác 1.2 Chuyển động spin từ trƣờng Trong điều kiện bình thƣờng, tác động từ trƣờng moment từ hạt nhân 1H xếp ngẫu nhiên Lúc từ trƣờng Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt tổng chúng không Khi ta đƣa vào từ trƣờng B0, moment từ thay đổi theo hƣớng B0 Các moment từ hay spin bị buộc thay đổi theo hai hƣớng so với B0, song song đối song Hình 1.2 Các spin định hướng theo từ trường B0 Thực chất trục moment từ không thẳng hàng với hƣớng B0, chúng chuyển động tiến động quanh B0 với tần số riêng Điều giống với tự chuyển động trái đất xung quanh Hình 1.3 Vector từ trường song song đối song với từ trường B0 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Các proton với mức lƣợng thấp xếp theo hƣớng từ trƣờng ngoài, proton có mức lƣợng cao xếp ngƣợc hƣớng từ trƣờng Thông thƣờng số lƣợng proton mức lƣợng thấp nhiều so với số proton mức lƣợng cao Số lƣợng spin chênh lệch theo hai hƣớng phụ thuộc yếu tố sau: - Mật độ proton đơn vị thể tích - Cƣờng độ từ trƣờng lớn số lƣợng proton xếp theo hai hƣớng ngƣợc lớn Tƣơng quan số lƣợng proton có vector spin định hƣớng chiều có mức lƣợng thấp N- ngƣợc chiều có mức lƣợng cao N+ với từ trƣờng tuân theo phân bố Boltzmann: N-/N+ = e-∆E/kT Với: E chênh lệch hai mức lƣợng k số Boltzmann, k = 1.3805x10-23 J/Kelvin T nhiệt độ tuyệt đối, tính theo đơn vị Kelvin Sự chênh lệch hai mức lƣợng tỷ lệ với tần số: E = h - Tia X ν ≈ 1019 - Tia cực tím ν ≈ 1016 - Tia nhìn thấy ν ≈ x 1014 - Sóng Radio ν ≈ 107 (MRI) - Trong đó: h số Plank ν tần số Nhƣ vậy, lƣợng sử dụng MRI thấp lƣợng sử dụng máy CT hay X-quang Tuy nhiên, mật độ proton thể lớn nên có khả tạo ảnh chất lƣợng tốt mà không gây nguy hiểm cho bệnh nhân [2] Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt 1.3 Tần số Lamor Giống nhƣ quay quay đảo xung quanh trục nó, proton quay đảo xung quanh trục đƣợc gọi chuyển động tiến động quanh trục từ trƣờng proton đƣợc đặt từ trƣờng Tần số chuyển động tiến động tỷ lệ với cƣờng độ từ trƣờng đƣợc gọi tần số Lamor Khi đƣa vào xung RF có tần số tần số Lamor tƣợng cộng hƣởng xảy Hình 1.4 Sự quay đảo spin giống quay Tần số tiến động hạt nhân tính theo công thức: f = µB0/2лL Trong đó: f tần số tiến động hạt nhân µ mômen từ proton B0 cƣờng độ từ trƣờng tính theo đơn vị Tesla L động lƣợng góc quay proton Đặt γ = µ/2лL Do µ 2лL cố định với hạt nhân nên γ số hạt nhân Nhƣ ta có phƣơng trình viết đơn giản là: f = γB0 Với γ gọi hệ số từ hồi chuyển, đặc trƣng cho hạt nhân Phƣơng trình gọi phƣơng trình Larmor Đây phƣơng trình bản, cho biết tần số cộng hƣởng (tần số Larmor) hạt nhân tỷ lệ với Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt từ trƣờng B0 tác động lên Nếu đặt lên thể lƣợng RF có tần số tƣơng ứng với tần số cộng hƣởng hạt nhân, phần lƣợng bị hạt nhân hấp thụ Sự hấp thụ lƣợng làm cho trục proton khỏi hƣớng từ trƣờng Năng lƣợng làm cho proton rơi vào trạng thái kích thích [3] 1.4 Sự hồi phục T1 Khi hạt nhân từ đƣợc đặt từ trƣờng, trở nên nhiễm từ theo hƣớng dọc Nó trì trạng thái từ trƣờng thay đổi nhiễm từ đƣợc định hƣớng lại đặt xung RF, qua khoảng thời gian trở vị trí dọc ban đầu Khi hạt nhân trạng thái kích thích, truyền lƣợng hấp thụ cho hạt nhân khác cấu trúc mô xung quanh để quay trở vị trí xếp ban đầu không bị kích thích Quá trình gọi trình phục hồi T1 Thời gian yêu cầu cho nhiễm từ dọc tăng lại phụ thuộc vào đặc tính vật liệu cƣờng độ từ trƣờng Quá trình phát lƣợng RF xảy spin chuyển từ mức lƣợng cao sang mức lƣợng thấp, xếp theo hƣớng B0 Quá trình phát tín hiệu RF kết trình thành phần từ hoá theo trục Z (M z) khôi phục lại trở giá trị M0 T1 thời gian hồi phục dọc hay hồi phục Spin-lattice, thời gian thƣ giãn để thành phần từ hoá dọc trở lại trạng thái ban đầu hay hồi phục dọc Ở trạng thái cân bằng, vectơ từ hoá thực nằm theo hƣớng từ trƣờng B0, đƣợc gọi véctơ từ hoá cân M0 Khi đó: M0 = Mz Ta thay đổi véctơ từ hoá thực cách đƣa vào hệ thống spin lƣợng lƣợng chênh lệch hai trạng thái spin Khi lƣợng đủ lớn Mz=0 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Khi tác động xung RF tạo từ trƣờng B1, spin quay theo góc chuỗi xung lựa chọn, số proton đạt tới mức lƣợng cao vectơ chúng đối song với từ trƣờng B0, triệt tiêu bớt với véctơ song song với từ trƣờng B0 Do thành phần từ hoá dọc giảm Tắt xung RF, proton quay trở trạng thái ban đầu chƣa có xung RF tác động Các proton chuyển hƣớng liên tiếp sau thời điểm tắt xung RF thành phần từ hoá dọc trở giá trị M0 Phƣơng trình toán học mô tả hồi phục dọc: Mz = Mø * ( - e-t/T1 ) Hình 1.5 Đường cong hồi phục T1 Thời gian phục hồi T1 thay đổi tuỳ thuộc vào loại mô dùng để tạo tƣơng phản ảnh, thời gian yêu cầu để nhiễm từ tăng lên lại thời gian phục hồi Do hàm mũ nên khó xác định thời gian xác nhiễm từ đạt thời gian cực đại Theo quy ƣớc thời gian phục hồi thời gian cần thiết để nhiễm từ đạt 63% giá tri cực đại Ngƣời ta dùng số 63% lý toán học lý y tế Sự nhiễm từ dọc tiếp tục tăng lên theo thời gian đạt 87% giá trị cực đại sau lần T1 95% sau lần T1 Với mục đích thực hành, nhiễm từ coi đạt cực đại sau lần giá trị T1 mô cụ thể Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt 1.5 Sự phân rã T2 Nhiễm từ ngang đƣợc tạo đặt xung RF lên mô Xung thƣờng xung 90º, làm chuyển từ nhiễm từ dọc sang nhiễm từ ngang Nhiễm từ ngang trạng thái kích thích không ổn định nhanh chóng phân rã sau kết thúc xung kích thích Phân rã nhiễm từ ngang trình dãn, đặc trƣng thời gian phân rã T2 Các loại mô khác có giá tri T2 khác dùng để phân biệt loại mô khác tạo tƣơng phản ảnh Ban đầu vector moment từ nghiêng xuống mặt phẳng XY, tất chúng đồng pha Nếu thành phần từ hoá thực nằm mặt phẳng XY quay quanh trục Z tần số tần số Larmor Sau đó, thành phần từ hoá thực bắt đầu di pha nhóm spin chịu tác động từ trƣờng khác quay với tần số Larmor riêng Thời gian quay dài di pha lớn Hằng số thời gian miêu tả trở trạng thái cân thành phần từ hoá ngang, MXY, đƣợc gọi thời gian hồi phục ngang T2 Nhƣ vậy, T2 thời gian proton chuyển từ đồng pha sang di pha, từ hoá ngang tổng Đó trình hồi phục ngang Phƣơng trình toán học mô tả trình hồi phục ngang: Mxy = Mø * e-t/T2 Hình 1.6 Đường cong hồi phục T2 10 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Ngƣời bệnh: Nguyễn K V, Nữ 15 tuổi Chẩn đoán đau đầu FLAIR nhanh: TE=106ms, FLAIR thƣờng: TE=87ms, TR= 8000ms, TIME = 1.22p, TR= 9000ms, TIME = 3.56p, Slices=22, S/T=5.0 mm, Slices=19, S/T=5.0 mm, FOV read =230deg, FOV read =220deg, Flip anger=150deg Flip anger=150deg Đánh giá chất lƣợng ảnh: Tốt Trung bình FLAIR thƣờng 10 FLAIR nhanh 75 Xấu Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Ngƣời bệnh: Lê.T T, Nam 75 tuổi, Chẩn đoán ngủ FLAIR nhanh: TE=106ms, FLAIR thƣờng: TE=87ms, TR= 8000ms, TIME = 1.22p, TR= 9000ms, TIME = 3.56p, Slices=22, S/T=5.0 mm, Slices=19, S/T=5.0 mm, FOV read =230deg, FOV read =220deg, Flip anger=150deg Flip anger=150deg Đánh giá chất lƣợng ảnh: Tốt FLAIR thƣờng 10 FLAIR nhanh Trung bình 76 Xấu Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt So sánh thông số kỹ thuật Bảng 5.1 So sánh thông số kỹ thuật hai xung Thông số FLAIR nhanh FLAIR thƣờng TR 8000 ms 9000 ms TE TI TIME SLICES SLICE Thickness FOV read FLIP Anger 106 ms 2500 ms 1.22 phút 22 5.0 mm 230 deg 150 deg 87 ms 2500 ms 3.56 phút 19 5.0 mm 220 deg 150 deg SNR 1.00 1.00 Voxel size 0.9x0.9x5.0 mm 1.0x0.9x5.0 mm Với tiêu chí so sánh theo thang điểm từ đến ( Xấu), từ đến ( Trung bình), 9&10 đánh giá ( Tốt) Qua so sánh 16 bệnh nhân nhận thấy hai xung : - Phân biệt rõ mô chất xám chất trắng - Phân biệt rõ rãnh cuộn não - Tín hiệu dịch não tủy xóa „đen‟ tƣơng tự - Quan sát rõ tổn thƣơng giống hai xung - Các tổn thƣơng chất trắng đƣợc thấy rõ tƣơng tự - Không thấy nhiễu ảnh bất thƣờng Kết khảo sát 16 bệnh nhân dùng xung FLAIR nhanh so sánh với ảnh xung FLAIR thƣờng đạt 16/16 tốt Ƣu điểm xung Flair nhanh phù hợp với ngƣời bệnh nằm lâu, khó hợp tác, dùng xung thƣờng 77 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt bị nhiễu ảnh chuyển động giá trị chẩn đoán, tiết kiệm thời gian chụp Kết so sánh chất lƣợng ảnh đảm bảo cho việc chẩn đoán bệnh nhƣ xung FLAIR thƣờng xung FLAIR nhanh đạt hiệu chẩn đoán, ví dụ: Bệnh nhân Hoàng Hải V, Nam 50 tuổi Chẩn đoán đau đầu , hình ảnh tổn thƣơng xung Flair nhanh đọc tốt đƣợc nhƣ xung Flair thƣờng Bệnh nhân Phan Q K, Nam 48 tuổi Chẩn đoán đau đầu, hình ảnh tổn thƣơng xung Flair nhanh đọc tốt đƣợc nhƣ xung Flair thƣờng Kết đánh giá hiệu ảnh, ngƣời bệnh đảm bảo xung FLAIR thƣờng xung FLAIR nhanh đọc kết film đƣợc nhƣ Nhƣ chƣơng sâu nghiên cứu ứng dụng công nghệ tạo ảnh máy cộng hƣởng từ 1.5 Tesla, phƣơng pháp tạo ảnh xung FLAIR với đối tƣợng nghiên cứu ngƣời bệnh thực tế Qua so sánh thông số chụp chất lƣợng hình ảnh có đƣợc 78 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt KẾT LUẬN Luận văn giải đƣợc hai mục tiêu đề phần tổng quan Các kiến thức đƣợc trình bày phần nội dung tảng quan trọng cho việc tìm hiểu ứng dụng cụ thể hệ thống cộng hƣởng từ 1- Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh hệ thống cộng hƣởng từ Bƣớc đầu tìm hiểu sở lý thuyết tạo ảnh cộng hƣởng từ thành phần hệ thống MRI, tìm hiểu chuỗi xung RF phần tạo ảnh cộng hƣởng từ, thông số ảnh hƣởng tới chất lƣợng ảnh MRI 2- Khảo sát ứng dụng tạo ảnh cộng hƣởng từ xung phục hồi đảo nghịch tín hiệu nƣớc (FLAIR – Fluid Attenuated Inversion Recovery) máy cộng hƣởng từ 1,5 Tesla Từ kết thu đƣợc cho phép khẳng định đảm bảo chất lƣợng xung FLAIR nhanh với xung FLAIR thƣờng qui hoàn toàn có tác dụng chẩn đoán ngƣời bệnh - Ứng dụng: giảm bớt thời gian chụp - Đối tƣợng cần chụp nhanh: trẻ em, ngƣời già, bệnh tai biến - Giảm thời gian chụp: Từ tăng hiệu sử dụng máy chụp đƣợc số lƣợng lớn bệnh nhân nhằm giảm tải Ứng dụng thực tế dùng cho bệnh nhân nhi, bệnh nhân ngƣời cao tuổi, bệnh nhân khó khăn việc chụp lâu, bệnh nhân bị tai biến cần chụp nhanh đảm bảo chẩn đoán kịp thời Cần tìm hiểu sâu phần cứng hệ thống MRI Điều đòi hỏi tảng kiến thức thực vững vàng để nắm bắt vấn đề cách thấu đáo 79 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Tìm hiểu mảng ứng dụng lớn khác MRI bao gồm: MRI tƣới máu não (Perfusion MRI), MRI chụp mạch (MRA), Spectroscopy, DTI  Trong thời gian tìm hiểu cộng hƣởng từ, em có thêm kiến thức nhiều lĩnh vực liên quan đến thiết bị Tuy nhiên giới hạn thời gian nghiên cứu kiến thức thu thập tài liệu hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót trình thực luận văn, em mong đƣợc cảm thông, chia sẻ thầy cô, đồng nghiệp bạn Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Ngọc Nam, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tạo điều kiện tốt cho em thời gian thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình,các thầy cô, đồng nghiệp bạn động viên, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn! 80 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Tài liệu tham khảo [1] PGS TS Vũ Anh Nhi (Chủ biên) (2003), Thần kinh học , Nhà xuất Y học [2] Trần Đức Quang (2008) ,Nguyên lý kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM [3] Jacques Clarisse , Dịch giả Nguyễn Thi Hùng ,Phạm Ngọc Hoa (2008), Hình ảnh học sọ não-Xquang cắt lớp điện toán Cộng hưởng từ,Nhà xuất y học [4] Joseph P Hornak, Ph.D., The Basics of NMR [5] Albers, Gregory W (1999), "Expanding the Window for Thrombolytic Therapy in Acute Stroke: The Potential Role of Acute MRI for Patient Selection" Stroke 30: p 2230-2237 [6] R.A.Zimmerman, S.Howard Lee, (1992) Cranial MRI and CT , McGraw-Hill, [7] Gabor Toth, Gregory W Albers (2009), "Use of MRI to Estimate the Therapeutic Window in Acute Stroke" Stroke 40: p 333-335 [8] Peter D Schellinger, Götz Thomalla, Jens Fiehler, Martin Köhrmann, Carlos A Molina,Tobias Neumann-Haefelin, Marc Ribo, Oliver C Singer, Olivier Zaro-Weber, Jan Sobesky (2007), "MRI-Based and CTBased Thrombolytic Therapy in Acute Stroke Within and Beyond Established Time Windows" Stroke 38: p 2640-2645 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ 1.1 Từ tính spin 1.2 Chuyển động spin từ trƣờng 1.3 Tần số Lamor .7 1.4 Sự hồi phục T1 1.5 Sự phân rã T2 .10 1.6 Sự di pha T2* .11 1.7 Tín hiệu suy giảm cảm ứng tự (FID-Free Induction Decay) 12 CHƢƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MRI 14 2.1 Nam châm 15 2.1.1 Nam châm vĩnh cửu ( Permanent magnet ) 15 2.1.2 Nam châm điện (Resitive electromagnet ) 15 2.1.3 Nam châm siêu dẫn ( Superconducting electromagnet ) 16 2.2 Hệ thống thu phát RF 18 2.3 Gradients 19 2.4 Máy tính 21 CHƢƠNG 3: CÁC CHUỖI XUNG RF 24 3.1 Phƣơng pháp tín hiệu dội Spin ( Spin Echo - SE) 24 3.2 Phƣơng pháp Fast spin echo .29 3.3 Phƣơng pháp khôi phục ngƣợc (Inversion Recovery – IR) 31 3.4 Phƣơng pháp tín hiệu dội Gradient (Gradient Echo – GE) .35 3.5 Phƣơng pháp Turbo Gradient Echo (TGE) .39 3.6 Phƣơng pháp ảnh mặt phẳng tín hiệu dội (EPI - Echo Planar Imaging) 41 CHƢƠNG 4: ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ 46 4.1 Các loại ảnh MRI .46 4.1.1 Ảnh trọng lƣợng T1 (T1 weighting) 46 4.1.2 Ảnh trọng lƣợng T2 (T2 weighting) 47 4.1.3 Ảnh mật độ proton .48 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt 4.1.4 Độ tƣơng phản 49 4.2 Ảnh giả (Artifact) .50 4.2.1 Ảnh giả chuyển động 50 4.2.2 Ảnh giả dịch chuyển hoá học (Chemical shift artifact) .51 4.2.3 Ảnh giả cƣa (Aliasing Artifact) 52 4.2.4 Ảnh giả phần cứng hệ thống MRI 53 4.2.5 Artifact lỗi biến đổi Fourier 54 4.3 Các tham số tạo ảnh MRI 55 4.3.1 Thời gian lặp lại (TR-Repeation Time) 55 4.3.2 Thời gian xung dội (TE-Time to Echo) .56 4.3.3 Góc lật (Flip Angle) .56 4.3.4 Số lần thu nhận ảnh 56 4.3.5 Độ dày lát cắt .56 4.3.6 Trƣờng quan sát (FOV-Field of view) 57 4.3.7 Ma trận ảnh 57 4.3.8 Đánh giá ƣu khuyết điểm phƣơng pháp 58 CHƢƠNG 5: KHẢO SÁT ỨNG DỤNG TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ XUNG PHỤC HỒI ĐẢO NGHỊCH TÍN HIỆU NƢỚC (FLAIR – Fluid Attenuated Inversion Recovery) TRÊN MÁY CỘNG HƢỞNG TỪ 1,5 Tesla 60 5.1 Đối tƣợng nghiên cứu 60 5.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 60 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Lợi ích hạn chế thay đổi thông số 58 Bảng 4.2 Kết tối đa hoá chất lƣợng ảnh 59 Bảng 5.1 So sánh thông số kỹ thuật hai xung 77 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một hạt nhân có điện tích hoạt động nhƣ nam châm Hình 1.2 Các spin định hƣớng theo từ trƣờng B0 Hình 1.3 Vector từ trƣờng song song đối song với từ trƣờng B0 Hình 1.4 Sự quay đảo spin giống nhƣ quay Hình 1.5 Đƣờng cong hồi phục T1 Hình 1.6 Đƣờng cong hồi phục T2 .10 Hình 1.7 Tín hiệu cộng hƣởng từ hạt nhân suy giảm nhanh theo T2* 11 Hình 2.1 Sơ đồ khối tạo ảnh cộng hƣởng từ 14 Hình 2.2 Nam châm siêu dẫn 16 Hình 2.4 Cuộn gradient trục Y 20 Hình 2.5 Cuộn gradient trục Z 21 Hình 2.6 Máy cộng hƣởng từ SIEMENS Avanto 1.5 Tesla khoa Chẩn đoán hình ảnh –Bệnh viện Bạch mai .23 Hình 3.1 Chuỗi xung spin echo .26 Hình 3.2 Dãy kiện yếu tố xác định tƣơng phản ảnh .27 Hình 3.3 Chuỗi Fast spin echo 29 Hình 3.4 Chuỗi xung RARE 30 Hình 3.5 Chuỗi xung khôi phục ngƣợc 31 Hình 3.6 Phƣơng thức tạo ảnh khôi phục ngƣợc 33 Hình 3.7 Chuỗi xung tín hiệu dội gradient 35 Hình 3.8 Chuỗi xung tín hiệu dội Gradient liên kết .38 Hình 3.9 Chuỗi xung TGE 40 Hình 3.10 Nguyên lý chuỗi xung Turbo gradient echo sử dụng xung 1800 40 Hình 3.11 a) Tạo ảnh MRI thông thƣờng 41 b) Tạo ảnh theo phƣơng pháp mặt phẳng tín hiệu dội 41 Hình 3.12 Chuỗi xung Echo Planar 42 Hình 3.13 Phƣơng pháp lập trƣớc nhiễm từ 43 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt Hình 3.14 Ảnh thực tế số xung thƣờng qui 44 Hình 4.1 Sự khác biệt T1 mỡ nƣớc 46 Hình 4.2 Sự khác biệt thời gian T2 mỡ nƣớc 47 Hình 4.3 Thành phần từ hoá ngang so với độ lớn tín hiệu thu nhận 49 Hình 4.4 Ảnh trƣớc sau sử dụng biến đổi Fourier .54 Hình 4.5 Ảnh sau biến đổi Fourier giảm độ phân giải .55 Hình 4.6 Thời gian TR TE .55 Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt LỜI CẢM ƠN Điện tử ngành phát triển nhanh có nhiều ứng dụng khoa học đời sống xã hội hấp dẫn, dễ lôi ngƣời đam mê công nghệ Ngay từ năm đầu kỷ XX ngành học phát triển tiếp sau liên tục phát triển diện rộng , mạch điện tử xâm nhập vào lĩnh vực sống nhu cầu nghiên cứu điện tử học đƣợc nhiều Quốc gia quan tâm đầu tƣ ngày tăng, không giới hạn cho ngƣời làm công tác ngành điện tử mà ngành khác Trong Điện tử y sinh áp dụng nhiều công nghệ điện tử sản xuất chế tạo máy móc phục vụ cho ngành y tế đƣợc quan tâm thích đáng nhà khoa học thầy thuốc Với giúp đỡ thiết bị đóng góp phần lớn cho ngƣời thầy thuốc nắm bắt đƣợc sâu tổ chức hoạt động sinh học thể ngƣời, giúp họ chẩn đoán đƣợc bệnh nhanh chóng xác để điều trị đạt kết tốt nhất, chẩn đoán hình ảnh nói chung Cộng hƣởng từ nói riêng nắm giữ vai trò quan trọng trình chẩn đoán nhƣ điều trị bệnh hầu hết Bệnh viện nƣớc Là học viên theo học ngành điện tử ngƣời hàng ngày đƣợc tiếp xúc với máy móc thiết bị y tế Vì thời gian làm luận văn tốt nghiệp em sâu vào tim hiểu máy cộng hƣởng từ 1.5 tesla đặt Bệnh Viện Bạch Mai qua khai thác thêm đƣợc số ứng dụng thực tế, cụ thể “Khai thác ứng dụng tạo ảnh cộng hƣởng từ chuỗi xung Flair máy cộng hƣởng từ 1.5 tesla” Với mục tiêu thực hóa công nghệ để đƣa đến hiệu định Y học nói chung công nghệ chẩn đoán hình ảnh nói riêng Nhƣng trình độ thời gian có hạn em không tránh khỏi sai sót Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt trình bày có nhiều nội dung hạn chế em mong đƣợc cảm thông, chia sẻ góp ý thầy, cô giáo bạn Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới quý Thầy cô hƣớng dẫn, dạy bảo, anh chị đồng nghiệp bạn, giúp đỡ em suất trình học tập nhƣ làm việc Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phạm Ngọc Nam - Viện Điện tử - Viễn thông, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hƣớng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Hoàng Quốc Việt Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FID: Free Induction Tín hiệu suy giảm cảm ứng tự FLAIR : Fluid Attenuation Inversion Xung phục hồi đảo nghịch tín Recovery hiệu nƣớc FOV: Field Of View Trƣờng quan sát Flip Angle Góc lật Fast IR Khôi phục ngƣợc nhanh FMRI: Functional Magnetic Chức chụp cộng hƣởng từ Resonance Imaging G: Gradient Bộ chênh từ GE : Gradient Echo Tín hiệu dội Gradient IR: Inversion Recovery Khôi phục ngƣợc MRA: Magnetic Resonance Cộng hƣởng từ chụp mạch Angiography MRI: Magnetic Resonance Imaging Cộng hƣởng từ NMR : Nuclear Magnetic Resonance Cộng hƣởng từ hạt nhân RF: Radio Frequency Tần số radio RFOV : Rectangular Field Of View Trƣờng nhìn hình chữ nhật SE: Spin Echo Tín hiệu dội Spin SNR : Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu nhiễu S/N: Signal/Noise Tín hiệu nhiễu ST/THK : Slice Thickness Lát cắt STIR: Short Time Inversion Recovery Khôi phục ngƣợc thời gian ngắn TE: Time of Echo Thời gian xung dội TI : Time of Inversion Thời gian đảo ngƣợc TR : Time of Repetition Thời gian lặp lại ... đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn là: 1- Tìm hiểu nguyên lý tạo ảnh hệ thống cộng hƣởng từ 2- Bƣớc đầu so sánh chất lƣợng tạo ảnh xung FLAIR chụp nhanh xung FLAIR thƣờng qui máy 1.5 Tesla. .. LÝ THUYẾT TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ CHƢƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG MRI CHƢƠNG 3: CÁC CHUỖI XUNG RF CHƢƠNG 4: ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ CHƢƠNG 5: KHẢO SÁT ỨNG DỤNG TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ XUNG PHỤC HỒI... NƢỚC (FLAIR – Fluid Attenuated Inversion Recovery) TRÊN MÁY CỘNG HƢỞNG TỪ 1,5 Tesla Luận văn Thạc sĩ Hoàng Quốc Việt CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO ẢNH CỘNG HƢỞNG TỪ Khi hạt nhân đƣợc đặt trƣờng từ