Thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân MRI (Magnetic Resonance Image)

Bài viết trình bày các thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân MRI: cơ sở phương pháp; nguyên lý tạo ảnh; gradient; cấu tạo thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân MRI.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân MRI (Magnetic Resonance Image)THIẾT BỊ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN MRI (MAGNETIC RESONANCE IMAGE) 1. Cơ sở phương pháp Các nhà khoa học đã khai thác hiện tượng dao động của Hydro có trong cấutrúc nào đó để làm dấu hiệu nhận biết và thể hiện thành ảnh của cấu trúc. Để có đượchình ảnh như ta thường thấy, người ta tạo ra hiện tượng cộng hưởng tín hiệu từ máyphát RF và dao động riêng của Hydro rồi thu lấy tín hiệu điện từ cộng hưởng đó saukhi tắt nguồn cưỡng bức. Các phần mềm sẽ tính toán và thể hiện lại tín hiệu đó theođộ lớn, tần số, pha. Nhờ thông số này mà trên ảnh thu được sẽ có độ sáng tối khácnhau tạo nên hình thù của cơ quan cần chụp. Để hiểu hơn về nguyên lý hoạt động thì ta phải có một số khái niệm sau :  Trạng thái cơ bản : Mỗi nguyên tử tồn tại ở điều kiện nhất định nào đó thì gọi là trạng thái. Ở điều kiện bình thường ta gọi trạng thái này là cơ bản.  Trạng thái kích thích : Khi nguyên tử nhận được sự kích thích nó sẽ thay đổi trạng thái. Mỗi trạng thái được ứng với mức năng lượng là lượng năng lượng nguyên tử có được. Do có năng lượng lớn nên trạng thái này không bền và nhanh chóng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái cơ bản.  Thời gian sống : Thời gian từ khi nguyên tử đạt trạng thái kích thích cho đến khi thay đổi qua trạng thái khác. Nó dùng để chỉ thời gian tồn tại của trạng thái nào đó.  Thời gian hồi phục : Mỗi trạng thái là do sự thay đổi của nhiều yếu tố. Thời gian để một yếu tố sau kích thích trở về giá trị gốc nào đó gọi là thời gian hồi phục.  Sự phân mức : Khi nguyên tử ở trạng thái thì nó không chỉ tồn tại ở một giá trị năng lượng mà có thể tồn tại ở giá trị năng lượng cao hơn hay thấp hơn một chút nhưng lại không đủ lớn để đạt mức năng lượng khác,Ta gọi hiện tượng này là sự phân mức năng lượng.  Lưỡng cực : Vật có hai đầu mang hai loại điện tích khác nhau. Điều chúng ta nói ở đây là lưỡng cực nguyên tử. Như ta biết nguyên tử gồm hạt nhân mang điện dương và lớp vỏ mang điện âm. Do mật độ electron phần lớn tập trung ở vùng nào đó nên có thể coi nguyên tử có hai cực trái dấu. Bình thường nguyên tử (hạt nhân) ở trạng thái cơ bản. Bản thân nguyên tử làlưỡng cực nên dưới tác động của từ trường mạnh nguyên tử sẽ nhận năng lượng vàchuyển lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái này nguyên tử phân mức thành haitrạng thái theo momen từ. Tương tác của hai trạng thái có năng lượng ứng với sóngcó tần số radio. Nếu ta tác động vào đây sóng có tần số đúng bằng tần số riêng củatương tác hai trạng thái thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Khi ngưng tác động dothời gian sống thấp nguyên tử sẽ phục hồi trạng thái. Một lưu ý là do từ trường mạnhvẫn còn nên trạng thái kích thích được xem như trạng thái nền. Khi phục hồi trạngthái, nguyên tử phát ra sóng có năng lượng ứng với tần số bằng với tần số sóng RFkích thích. Xung sóng từ các nguyên tử Hydro sẽ được dò bởi một cuộn cảm và đemxử lý tạo ra bức ảnh thể hiện tín hiệu thu được. Tùy từng hãng, từng loại máy mà hệ thống thiết bị có những sự khác biệt vềcấu trúc, hình thể, chức năng nhưng cơ bản gồm thiết bị sau : Cuộn cảm tạo ra từ trường lớn vào cỡ 0.2 đến 7T. Để có từ trường thường thìta dùng nam châm. Tuy nhiên do hạn chế về kích thước,khối lượng mà việc dùngnam châm cũng chỉ đạt cỡ 0.4T cho dù đã cải tiến cả chất liệu từ. Ta cũng có thểdùng nam châm điện. Nguyên tắc của nam châm điện là cuộn dây quấn quanh lõi sắtnon. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây thì sinh ra từ trường. Từ trường lớn đòi hỏicuộn dây phải lớn. Khi cuộn dây lớn đồng nghĩa với điện trở lớn. Và với dòng điệnchạy qua nó sẽ toả lượng nhiệt rất lớn. Do đó chúng ta chỉ có thể đạt được độ lớn từ ởmức độ nào đó. Khoa học phát triển người ta dùng tới chất siêu dẫn đựoc làm lạnhtrong Heli lỏng. Đặc tính của chất này là ở nhiệt độ thấp thì điện trở sẽ giảm,khi đónhiệt tỏa ra rất thấp. Tuy nhiên do kỹ thuật cao và giá thành của Heli lỏng nên hệthống MRI này khá đắt Trong hệ thống còn có nhiều loại cuộn cảm khác nữa có chức năng bổ sung từtrường, làm tuyến tính hoá từ trường ( cuộn gradien ), hay chức năng hiệu chỉnh từ… Một bộ phận không thể thiếu là từ trường kích thích tần số radio. Thường thìbộ phận này cũng là bộ phận thu tín hiệu. bộ phận này gồm phần cố định gắn trongmáy có chức năng điều khiển, tạo xung, xử lý … Phần di động là các coil ( cuộn dây). Các cuộn dây có kích cỡ khác nhau, hình dạng khác nhau phù hợp với việc chụpcác cấu trúc khác nhau. Rất nhiều thiết bị được tạo ra được sử dụng trong việc chụp ảnh chẩn đoánnhưng MRI thực sự là thiết bị rất an toàn do không có ảnh hưởng của bức xạ ion.MRI cho hình ảnh chi tiết đặc biệt đối với phần tử mềm, phân biệt rỏ các dấu hiệunhỏ nhất. Ngoài ưu điểm thì MRI vẫn còn những hạn chế, chẳng hạn M ...