Chụp cộng hưởng từ

Cần nhớ

• ✦Hạt nhân hiđrô là một proton có spin nên có từ tính. Cơ thể chứa nhiều nước và mỡ ⇒ rất nhiều proton, đó là nguồn tín hiệu của MRI.
• ✦Trong từ trường B, các proton tiến động quanh phương của B (như con quay quay quanh phương thẳng đứng) với tần số f = 42,58·B (f tính bằng MHz, B bằng T).
• ✦Tần số này chỉ phụ thuộc loại hạt nhân và B, không phụ thuộc hướng hay độ nghiêng của spin. Máy MRI thường dùng B từ 0,5 T tới 3 T.
• ✦Tổng các từ độ nhỏ cho một vectơ M dọc theo B lúc cân bằng. Muốn "đo" được phải làm M nghiêng đi, rồi nhìn M quay quanh B mới có tín hiệu.

Cần nhớ

• ✦Xung RF là sóng vô tuyến ngắn phát từ cuộn dây. Khi tần số xung bằng f Larmor, spin hấp thụ năng lượng và bị lật: xung 90° đặt M nằm ngang; xung 180° đảo ngược M.
• ✦Sau xung, M ngang tiếp tục tiến động quanh B và cảm ứng suất điện động trong cuộn thu. Đó là tín hiệu MRI. Tín hiệu yếu dần theo hai quá trình hồi phục (T2 làm M ngang tắt, T1 làm M dọc trở lại), và mô khác nhau có T1, T2 khác nhau.
• ✦Tần số RF lệch f Larmor thì M chỉ lệch nhẹ, tín hiệu rất nhỏ. Vì vậy máy phải phát đúng f = 42,58·B (63,9 MHz ở 1,5 T, 127,7 MHz ở 3 T).
• ✦Năng lượng photon E = hf rất nhỏ nên không đủ ion hoá nguyên tử (cỡ vài đến chục eV). MRI không dùng tia X, không có bức xạ ion hoá.

Cần nhớ

• ✦Nếu từ trường đều thì mọi proton cộng hưởng cùng một tần số, không biết tín hiệu đến từ chỗ nào. Cuộn gradient làm B tăng dần theo vị trí z: B(z) = B₀ + G·z (G tính bằng mT/m, cỡ 5 – 30 mT/m).
• ✦Khi đó f Larmor cũng đổi dần: f(z) = 42,58·(B₀ + G·z). Ở G = 10 mT/m, mỗi cm làm f đổi 42,58·10⁻⁵·10 MHz ≈ 4,26 kHz.
• ✦Xung RF có tần số f và băng thông BW chỉ cộng hưởng ở một lát quanh z ứng với f. Độ dày lát: Δz = BW/(42,58 MHz/T · G).
• ✦Lát mỏng hơn khi tăng G hoặc dùng xung RF dài hơn (xung dài ⇒ băng thông hẹp, BW ≈ 1/thời gian xung).

Độ tương phản và an toàn

• ✦Độ sáng điểm ảnh phụ thuộc mật độ proton và các thời gian hồi phục T1, T2 của mô. Mô nhiều nước, mỡ cho tín hiệu mạnh; xương đặc chứa ít H nên tối.
• ✦Từ trường tĩnh B₀ rất mạnh (cỡ 30 000 lần từ trường Trái Đất ở 1,5 T) nên vật sắt từ bị hút mạnh; người có máy tạo nhịp tim cũ hoặc mảnh kim loại sắt từ trong mắt, trong cơ thể là chống chỉ định.
• ✦Gradient bật tắt nhanh làm cuộn dây rung ⇒ máy ồn; bệnh nhân đeo nút tai. Cuộn tạo B₀ là cuộn siêu dẫn làm lạnh bằng heli lỏng (khoảng 4 K).
• ✦Không dùng tia X ⇒ không có liều bức xạ ion hoá; chụp đi chụp lại ít lo hại về bức xạ (nhưng chụp lâu, tốn kém).

Đọc bảng số liệu

• ✦Cột f/B gần như không đổi, bằng 42,6 MHz/T ⇒ f tỉ lệ thuận với B và hệ số chính là γ/2π.
• ✦Dự đoán giá trị chưa đo: B = 2,4 T ⇒ f ≈ 42,6 · 2,4 ≈ 102 MHz.
• ✦Đỉnh dời sang phải khi B tăng; đỉnh khá hẹp nên phải dò tần số từng bước nhỏ.

• ✦🧠 Chụp não, tuỷ sống, khớp gối: MRI cho ảnh mô mềm rất rõ mà không dùng tia X.
• ✦🔩 Dặn bỏ đồ kim loại (chìa khoá, thẻ từ, trang sức) trước khi vào phòng chụp: từ trường mạnh hút vật sắt từ và làm hỏng thẻ.
• ✦🌍 Từ trường Trái Đất khoảng 50 μT làm proton tiến động ở khoảng 2,1 kHz, một tần số âm thanh (hiệu ứng này dùng trong từ kế proton).
• ✦🔊 Tiếng gõ ầm ầm khi chụp là do cuộn gradient bật tắt liên tục, bị lực từ làm rung.

📏 Kiểm tra đơn vị và độ lớn

• ✦f Larmor ở máy bệnh viện cỡ 20 – 130 MHz (sóng radio). Ra GHz hay Hz là sai đơn vị.
• ✦Δf do gradient trên cơ thể cỡ kHz tới trăm kHz, rất nhỏ so với f₀ (MHz).
• ✦Độ dày lát cỡ vài mm (1 – 10 mm). Ra mét hay chục cm là sai.
• ✦E photon RF cỡ 10⁻⁷ eV, rất nhỏ so với năng lượng ion hoá (10 eV) và tia X (hàng chục keV).