Ly Thuyet Mri

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

I.

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

S¬ ®å khèi cña hÖ thèng t¹o ¶nh MRi.

HÖ thèng t¹o ¶nh MRI cã c¸c thµnh phÇn chÝnh ®îc m« t¶ trªn h×nh 1.1 Super Conducting Magnet Coil Gradien Coil

RF Coil

¶nh RF

Signals RF Pulses Super Conducting Magnet Coil Radio Frequency Transmitter

Protocols

Gradient Power Supply

Dat a

Radio Frequency Receiver

Imag Transform e

Disk Anlysis Acquisition Control Image Reconstruction Storage and Retrieval and Display

H×nh 1.1 : HÖ thèng t¹o ¶nh céng hëng tõ 1.1. Tõ trêng Trung t©m cña hÖ thèng t¹o ¶nh céng hëng tõ MRI lµ mét nam ch©m lín t¹o ra tõ trêng rÊt m¹nh. Khi c¬ thÓ bÖnh nh©n dÆt trong tõ trêng th× trêng nµy t¹o ra 2 hiÖu øng sau ®Ó t¹o ¶nh : • Sù nhiÔm tõ m« : lµ hiÖu øng m« bÞ nhiÔm tõ t¹m thêi do sù s¾p xÕp l¹i c¸c proton khi bÖnh nh©n ®Æt trong tõ trêng. HiÖu øng nµy sÏ mÊt ®i khi bÖnh nh©n ra khái khèi tõ. Nhê vµo hiÖu øng nµy mµ m¸y MRI cso thÓ ph©n biÖt dîc m« thêng hay m« bÖnh do chóng bÞ nhiÔm tõ ë c¸c møc kh¸c nhau. • Céng hëng m« : Trêng tõ còng g©y ra cho m« céng hëng t¹i tÇn sè cô thÓ. Sù céng hëng trong m« thêng x¶y ra t¹i

1

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

proton . Trong tõ trêng m¹nh m« céng hëng t¹i mét ph¹m vi tÇn sè radio (RF : Radio Frequency) . §iÒu nµy khiÕn cho m« ho¹t ®éng nh mét ®Çu ph¸t vµ thu radio trong qu¸ tr×nh t¹o ¶nh. 1.2. C¸c lo¹i nam ch©m Cã rÊt nhiÒu lo¹i nam ch©m dïng ®Ó t¹o ra tõ trêng nh : nam ch©m ®iÖn , nam ch©m vÜnh cña, nam ch©m siªu dÉn, nhng hiÖn nay nam ch©m siªu dÉn ®îc sö dông réng d·i do tõ trêng mµ nã t¹o ra lín nhÊt ( 1.0 ®Õn 1.5 T ) . 1.3. Gradient Khi hÖ thèng MRI ë tr¹ng th¸i kh«ng to¹ ¶nh th× tõ trêng hoµn toµn ®ång ®Òu trªn c¬ thÓ bÖnh nh©n, nhng khi t¹o ¶nh th× tõ trêng nµy bÞ mÐo d¹ng víi c¸c gradient . Gradient lµ sù thay ®æi cêng ®é tõ trêng tõ ®iÓm nµy ®Õn ®iÓn kh¸c trªn c¬ thÓ bÖnh nh©n. Gradient ®îc t¹o ra b»ng c¸c cuén gradient g¾n trong nam ch©m vµ bËt t¾t nhiÒu lµn trong qu¸ tr×nh t¹o ¶nh ®Ó t¹o ra tõng líp c¾t. • HÖ thèng RF : HÖ thèng nµy cung cÊp mét liªn kÕt th«ng tin gi÷a bÖnh nh©n víi môc ®Ých t¹o ¶nh. HÖ thèng nµy bao gån c¸c cuén day RF, nã ®ãng vai trß nh mét anten dïng ®Ó truyÒn vµ nhËn tÝn hiÖu tõ m«. Th«ng thêng cã hai cuén thu vµ ph¸t kh¸c nhau :  §Çu ph¸t : T¹o ra n¨ng lîng RF vµ truyÒn vµo c¬ thÓ bÖnh nh©n. N¨ng lîng t¹o ra lµ 1 d·y c¸c xung RF rêi r¹c.  §Çu thu : Sau mét kho¶ng thêi gian ng¾n chuçi xung RF truyÒn vµo c¬ thÓ, m« céng hëng sÏ ph¸t l¹i tÝn hiÖu RF, c¸c cuén nµy cã t¸c dông thu nhËn l¹i tÝn hiÖu nµy vµ sè ho¸, sau ®è ®îc lu tr÷ t¹m thêi trong m¸y tÝnh ®Ó chuÈn bÞ cho c«ng viÖc t¹o ¶nh. 1.4. M¸y tÝnh M¸y tÝnh trong hÖ thèng MRI cã nh÷ng chøc n¨ng sau : • §iÒu khiÓn thu nhËn : §Çu tiªn lµ viÖc thu nhËn c¸c tÝn hiÖu RF ®· ®îc sè ho¸ tõ c¬ thÓ ngêi bÖnh . Qu¸ tr×nh thu nhËn bao gåm mét sè c¸c chu k× t¹o ¶nh. Trong mçi chi k×, d·y xung RF ®îc truyÒn vµo c¬ thÓ, c¸c gradient ®îc kÝch ho¹t vµ ngêi ta thu ®îc c¸c tÝn hiÖu RF ph¶n håi tõ m«. §Ó t¹o ¶nh cÇn ph¶i tr¶i qua nhiÒu chi k× . ChÊt lîng ¶nh ohô thuäc vµo sè chi k× nµy, cµng nhiÒu chi k× th× chÊt lîng ¶nh cµng cao. • T¸i t¹o ¶nh : M¸y tÝnh sö dông mét lo¹t biÕn ®æi to¸n häc Fourier cho c¸c d÷ liÖu tÝn hiÖu RF ®Ó t¹o ra ¶nh trong kho¶ng thêi gian cùc ng¾n .

2

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

• Lu tr÷ vµ kh«i phôc ¶nh : ¶nh sau khi ®îc tÝa t¹o nã ®îc lu tr÷ trong m¸y tÝnh b»ng c¸c thiÕt bÞ lu tr÷ (æ cøng, æ mÒm, ®Üa CD vv... ). ¶nh nµy phôc vô cho quan s¸t ®Ó chuÈn ®o¸n bÖnh.

II.

céng hëng tõ h¹t nh©n .

2.1. §Þnh nghÜa céng hëng tõ h¹t nh©n . Khi mét vËt liÖu ®Æt trong mét tõ trêng m¹nh, chóng cã thÓ hÊp thô vµ bøc x¹ l¹i bøc x¹ ®iÖn tõ cã mét tÊn sè cô thÓ ®îc minh ho¹ trªn h×nh 2.1. Magnectic Filed RF Pluse

RF Signal

Tissue Voxel

Image Pixel

H×nh 2.1 : Nguyªn lÝ c¬ b¶n t¹o ¶nh céng hëng tõ . HiÖn tîng céng hëng trªn gäi lµ hiÖn tîng céng hëng tõ h¹t nh©n ( NMR : Nuclear Magnectic Resonance ). TÇn sè céng hëng cña c¸c vËt liÖu m« th«ng thêng n»m trong d¶i tÇn RF, do ®ã bøc x¹ ph¸t ra n»m díi d¹ng c¸c tÝn hiÖu radio. TÇn sè RF cô thÓ phô thuéc vµo tõng lo¹i m«. 2.2. T¬ng t¸c tõ h¹t nh©n . • Liªn kÕt h¹t nh©n : Mçi mét h¹t nh©n ®îc ®Æc trng bëi mét m«men tõ. Híng cña m«men tõ ®îc biÓu diÔn bëi mét mòi tªn nhá qua h¹t nh©n. Khi kh«ng cã tõ trêng, c¸c m«men tõ h¹t nh©n nµy ®Þnh híng mét c¸ch tù do trong kh«ng gian. C¸c híng nµy lu«n thay ®æi do ¶nh hëng nhiÖt trong vËt liÖu. Khi mét vËt liÖu chøa h¹t nh©n tõ ®îc ®Æt trong mét tõ trêng, c¸c h¹t nh©n chÞu mét m«men quay x¾p xÕp chóng theo híng tõ trêng. Tuy nhiªn do h¹t nh©n lu«n rung ®éng bëi nhiÖt vµ ng¨n c¶n chóng x¾p xÕp song song víi tõ trêng. Thùc tÕ chØ mét phÇn nhá h¹t nh©n bÞ x¾p xÕp theo híng tõ trêng, nã lµ yÕu tè chÝnh ®Ó t¹o ¶nh. • Céng hëng :

3

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

Khi mét h¹t nh©n tõ x¾p xÕp theo trêng tõ, m«men tiÕn ®éng ( precess ) quay quanh trôc cña trêng tõ nh h×nh 2.2

RF Enegry EXCITATION RELAXATI ON Enegry H×nh 2. 2: C¸c t¬ng t¸c gi÷a n¨ng lîng RF vµ h¹t nh©n trong tõ trêng TiÕn ®éng lµ mét hiÖn tîng vËt lý sinh ra do t¬ng t¸c gi÷a tõ trêng vµ ®éng lîng quay cña h¹t nh©n. HiÖn tîng tiÕn ®éng gièng nh hiÖn tîng con quay, nã kh«ng ®øng yªn l©u ®îc mµ cã l¾c l hay cßn gäi lµ tiÕn ®éng. §iÒu quan träng lµ tÇn sè quay cña tiÕn ®éng n»m trong d¶i tÇn sè cña tÝn hiÖu RF, ®iÒu kiÖn nµy gäi lµ céng hëng. TÇn sè céng hëng h¹t nh©n ®îc x¸c ®Þnh b»ng sù kÕt hîp gi÷a c¸c ®Æc tÝnh cña h¹t nh©n vµ n¨ng lîng cña tõ trêng. TÇn sè nµy ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng tr×nh Lamor . Víi mäi h¹t nh©n tÇn sè céng tØ lÖ víi cêng ®é tõ trêng. T¨ng cêng ®é tõ trêng lµm t¨ng ¸p lùc lªn h¹t nh©n do ®ã còng lµm t¨ng tÇn sè céng hëng. TÇn sè Lamor cho c¸c h¹t nh©n trong tõ trêng 1 T lµ: Hydro-1 42,48MHz Flo-19 40,5MHz Photpho-31 17,24MHz Natri-23 11,26MHz Thøc tÕ mét h¹t nh©n cô thÓ cã thÓ ®iÒu chØnh tíi c¸c tÇn sè kh¸c nhau b»ng c¸ch thay ®æi cêng ®é tõ trêng. TÇn sè céng hëng cña c¸c h¹t nh©n tõ nh c¸c proton còng bÞ ¶nh hëng bëi cÊu tróc ph©n tö mµ nã n»m trong ®ã. • KÝch thÝch : NÕu n¨ng lîng RF víi mét tÇn sè t¬ng øng víi tÇn sè céng hëng cña hËt nh©n ®îc ®Æt vµo vËt liÖu, mét sè n¨ng lîng sÏ ®îc hÊp thô do h¹t nh©n.Sù hÊp thô n¨ng lîng nµy sÏ ®Èy

4

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

liªn kÕt cña chóng ra khái híng cña tõ trêng. HiÖn tîng nµy gäi lµ kÝch thÝch. • D·n : Khi mét h¹t nh©n ®ang ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch, nã chÞu mét m«men quay t¨ng lªn c¶ tõ trêng thóc ®Èy nã x¾p xÕp l¹i. H¹t nh©n cã thÓ quay l¹i vÞ trÝ ban ®Çu b¨ng c¸ch truyÒn n¨ng lîng d thõa cho h¹t nh©n kh¸c. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ d·n. D·n kh«ng x¶y ra ngay sau kÝch thÝch mµ nã chØ x¶y ra khi cã kh¶ n¨ng truyÒn n¨ng lîng. Qu¸ tr×nh truyÒn n¨ng lîng phô thuéc vµo ®Æc tÝnh vËt lý cña vËt liÖu. 2.3. §é tõ ho¸ m« Khi m« ®Æt trong tõ trêng, mét sè h¹t nh©n x¾p xÕp theo trêng, hiÖu øng kÕt hîp gi÷a chóng t¹o ra tõ ho¸ m« theo híng c¶u trêng. Sù nhiÔm tõ cùc ®¹i phô thuéc vµo 3 yÕu tè : mËt ®é cña h¹t nh©n trong voxel m«, ®é nh¹y cña h¹t nh©n vµ cêng ®é tõ trêng. Thêi gian sù nhiÔm tõ ®¹t cùc ®¹i chØ trong vµi gi©y vµ gi÷ cè dÞnh cho ®Õn khi cã c¸c xung RF t¸c ®éng hoÆc thay ®æi tõ trêng. Cã hai sù nhiÔm tõ däc vµ ngang theo híng cña tõ trêng . • D·n vµ tõ ho¸ däc Khi m« ®Æt trong mét trßng tõ, nã trë nªn bÞ nhiÔm tõ theo híng däc ( Híng song song víi híng cña tõ trêng ). Nã duy tr× tr¹ng th¸i cho ®Õn khi cã mét xung RF t¸c ®éng. NÕu sù nhiÔm tõ t¹m thêi ®îc ®Þnh híng l¹i b»ng mét xung RF, sau mét thêi gian nµo ®ã nã sÏ trë vÒ vÞ trÝ däc ban ®Çu. Sù nhiÔm tõ däc l¹i t¨ng lªn gäi lµ qua tr×nh gi·n, nã x¶y ra sau mét kÝch thÝch. Sù nhiÕm tõ däc kh«ng t¨ng tuyÕn tÝnh mµ nã t¨ng theo hµm mò nh h×nh 2.3

H×nh 2.3 : Sù t¨ng lªn cña nhiÔm tõ däc trong qu¸ tr×nh gi·n Theo quy íc thêi gian d·n lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó sù nhiÔm tõ ®¹i 63% gi¸ trÞ cùc ®¹i cña nã. Thêi gian nµy gäi lµ d·n däc hay truyÒn th«ng ( T1 ). Sù nhiÔm tõ cã thÓ coi lµ kh«i phôc sau 3 lÇn

5

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

gÝ trÞ T1 ( 95% ). Khi t¹o ¶nh theo ®Æc tÝnh T1, cêng ®é Pixel liªn quan ®Õn møc tõ ho¸ khi ¶nh ®îc chôp trong qu¸ tr×nh d·n. Nã t¨ng theo thêi gian. • D·n vµ nhiÔm tõ ngang NhiÔm tõ ngang ®îc t¹o ra khi ®Æt mét xung RF lªn m«. Xung nµy thêng lµ xung 90 0 , lµm chuyÓn nhiÕm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang. NhiÔm tõ ngang lµ tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh, kÝch thÝch, vµ nhanh chÝng ph©n r· khi kÕt thóc xung kÝch . NhiÔm tõ ngang còng lµ mét qu¸ tr×nh d·n ®Æc trng bëi thêi gian T2 (h×nh 2.4). C¸c m« kh¸c nhau cã thêi gian T2 kh¸c nhau, do dã dùa vµo ®Æc tÝnh nµy ta cã thÓ ph©n biÖt c¸c lo¹i m« kh¸c nhau vµ t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh. Sù nhiÔm tõ ngang ®îc dïng trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh ¶nh v× hai lÝ do sau : (1) t¨ng ®é t¬ng ph¶n ¶nh trªn c¸c gi¸ trÞ T2 kh¸c nhau, (2) t¹o ra tÝn hiªu RF ph¸t ra tõ m«. T2 thêng nhá h¬n T1 ®èi víi phÇn lín c¸c lo¹i m«. Khi t¹o ¶nh dùa theo T2 , cêng ®é pixel liªn quan ®Õn møc tõ ho¸ khi ¶nh ®îc chôp . Nã gi¶m theo thêi gian .

H×nh 2.4 : D·n ( ph©n r· ) cña nhiÔm tõ ngang

III.

§Æc trng cña m« u ®iÓm vît tréi cña ph¬ng ph¸p t¹o n¶h MRI so víi c¸c ph¬ng ph¸p t¹o ¶nh kh¸c lµ ë chç ta cã thÓ chän c¸c ®Æc tÝnh kh¸c nhau cña m« ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n hiÓn thÞ trªn mµn. Cã 3 ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña m« lµ nguån t¬ng ph¶n ¶nh : (1) mËt ®é proton kÕt hîp víi thêi gian d·n däc T1, (2) thêi gian d·n däc T1, (3) thêi gian d·n ngang T2. 3.1. TR TR ( Time of Repetition ) lµ kho¶ng thêi gian tõ khi b¾t ®Çu d·n däc vµ khi sù nhiÔm tõ ®îc ®o ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh. TR

6

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

lµ kho¶ng thêi gian cña chu k× thu nhËn ¶nh hoÆc thêi gian lÆp l¹i chu kú. 3.2. TE TE ( Time to Echo event ) lµ kho¶ng thêi gian tõ khi b¾t ®Çu d·n ngang vµ khi sù nhiÔm tõ ®îc ®o ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh . Sù nhiÔm tõ ngang ®îc ®o vµ chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu RF t¹i thêi gian x¶y ra tÝn hiÖu déi. 3.3. MËt ®é Proton MËt ®é cña proton trong mçi voxel m« x¸c ®Þnh møc nhiÔm tõ cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®îc. Sù kh¸c nhau vÒ mËt ®é proton gi÷a c¸c m« cã thÓ ®îc dïng ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh nh minh ho¹ trªn h×nh 3.1 vµ 3.2.

H×nh 3.1 : T¬ng ph¶n mËt ®é Proton

H×nh 3.2: Sù t¨ng lªn mËt ®é t¬ng ph¶n Proton H×nh 3.2 chØ ra sù t¨ng lªn c¶u sùu nhiÔm tõ däc víi hai lo¹i m« cã cïng gi¸ trÞ T1 nhng mËt ®é kh¸c nhau. M« víi mËt ®é 80 ®¹t

7

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

møc nhiÔm tõ cùc ®¹i tèi ®a b»ng 80% møc nhiÔm tõ cùc ®¹i cña m« kh¸c. Trªn h×nh vÏ ta thÊy m« ®¹t 95% sùu nhiÔm tõ sau kho¶ng thêi gian 3 lÇn T1. Do vËy, gi¸ trÞ TR Ýt nhÊt gÊp 3 lÇn gi¸ trÞ T1 víi m« ®îc t¹o ¶nh ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n mËt ®é proton hoµn toµn. 3.4. T1, thêi gian d·n däc Trong qu¸ tr×nh d·n ( t¨ng l¹i ) cña nhiÔm tõ däc, c¸c m« kh¸c nhau sÏ cã møc nhiÔm tõ kh¸c nhau do tèc ®é t¨ng kh¸c nhau, hay gi¸ tri T1 kh¸c nhau. H×nh 3.3 so s¸nh hai m« víi c¸c gi¸ trÞ T1 kh¸c nhau.

H×nh 3.3: T¬ng ph¶n T1 M« víi gi¸ trÞ T1 ng¾n h¬n cã tèc ®é t¨ng l¹i sù nhiÔm tõ däc nhanh h¬n. Do vËy, trong suèt thêi gian nµy nã cã møc nhiÔm tõ cao h¬n, t¹o tÝn hiÖu m¹nh h¬n, vµ xuÊt hiÖn trªn ¶nh s¸ng h¬n. T¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu cña mçi chi kú t¹o ¶nh, sù nhiÔm tõ däc gi¶m xuèng ®Õn kh«ng do xung RF, vµ sau ®ã t¨ng trë l¹i hay d·n trong suèt chu kú .Khi chi kú chÊm døt gi¸ trÞ nhiÔm tõ ®o ®îc vµ hiÓn thÞ lµ mét cêng ®é Pixel, hoÆc ®é s¸ng. Thêi gian yªu cÇu cho mét møc t¨ng trë l¹i cña sù tõ ho¸ däc thay ®æi theo tõng lo¹i m« kh¸c nhau, nã ®îc mmo t¶ trªn b¶ng 3.1 B¶ng 3.1 Gi¸ trÞ T1 vµ T2 víi c¸c lo¹i m« kh¸c nhau M« T2 ( ms) T1(0,5T) T1(1,5T) (ms) (ms) Mì 80 210 260 Gan 42 350 500 C¬ 45 550 870 ChÊt 90 500 780

8

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI tr¾ng ChÊt x¸m

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

100

650

920

• §é nh¹y t¬ng ph¶n T1 Thêi gian d·n däc T1 lµ mét trong 3 ®Æc tÝnh m« c¬ b¶n cã thÓ chuyÓn sang thµnh t¬ng ph¶n ¶nh. C¸c ph¬ng thøc t¹o ¶nh tÝn hiÖu déi spin, TR lµ yÕu tè x¸c ®Þnh ®é nh¹y t¬ng ph¶n ¶nh T1. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ TR lµ x¸c ®Þnh thêi ®iÓm chôp ¶nh . h×nh 3.4 m« t¶ ®iÒu nµy.

H×nh 3.4: So s¸nh d·n däc cña c¸c m« cã gݸ trÞ T1 kh¸c nhau

Trong minh ho¹ nµy, chóng ta dïng hai m«, mét m« víi T1=250ms vµ m« kia T1=500ms. T¬ng ph¶n T1 lµ sù kh¸c biÖt gi÷a hai ®êng cong nhiÔm tõ t¹i bÊt kú ®iÓm nµo. Lu ý r»ng t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu chu k× (t=0), kh«ng cã t¬ng ph¶n. Khi hai m« tiÕn tíi sù nhiÔm tõ cùc ®¹i, sù kh¸c nhau gi÷a hai lo¹i nhiÕm tõ kh«ng cßn n÷a .

H×nh 3.5: Sù tiÕn triÓn cña t¬ng ph¶n T1 gi÷a hai lo¹i m« Nh»m t¹o ¶nh träng lîng T1, ngêi ta cÇn trän mét gi¸ trÞ TR t¬ng øng víi thêi gian mµ t¹i ®ã t¬ng ph¶n T1 lín nhÊt gi÷a hai lo¹i m«. NÕu lùa chän TR dµi h¬n sÏ t¹o ra cêng ®é tÝn hiÖu lín h¬n nhng t¬ng ph¶n T1 Ýt h¬n. Viªck la chän TR thÝch hîp víi c¸c gi¸ trÞ T1 cña m« rÊt cã ý nghÜa trong chuÈn ®o¸n l©m sµng, ®Æc biÖt khi ph©n biÖt gi÷a m« lµnh vµ m« bÖnh lý. NÕu gi¸ trj

9

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

TR ®îc chän b»ng gi¸ trÞ T1 c¶u m«, ¶nh ®îc chôp khi m« trë l¹i 63% sù nhiÔm tõ m« cña nã Gi¸ trÞ nµy thêng thÝch hîp gi÷a ®é t¬ng ph¶n T1 vµ cêng ®é tÝn hiÖu. H×nh 3.5 m« t¶ ®iÒu nµy. 3.5. T2, thêi gian d·n ngang Trong qu¸ tr×nh ph©n r· sù nhiÔm tõ ngang, c¸c m« kh¸c nhau cã møc nhiÔm tõ kh¸c nhau do tÊc ®é ph©n r· kh¸c nhau,hay T2 kh¸c nhau. H×nh 3.6 m« t¶ m« cã gi¸ trÞ T2 dµi cã møc nhiÔm tõ cao, t¹o ra tÝn hiÖu m¹nh h¬n, vµ s¸ng h¬n trong ¶nh so víi m« cã gi¸ trÞ T2 ng¾n .

H×nh 3.6 : T¬ng ph¶n T2 H×nh 3.6 chØ ra sù ph©n r· cña sù nhiÔu tõ ngang víi c¸c m« cã gi¸ trÞ T2 kh¸c nhau. M« víi gi¸ trÞ T2 ng¾n nhÊt sÏ mÊt sù hiÕm tõ ho¸ nhanh h¬n so víi c¸c m« kh¸c.

H×nh 3.6 So s¸nh ph©n r· tõ ngang cña c¸c m« cã c¸c gi¸ trÞ T2 kh¸c nhau • §é nh¹y t¬ng ph¶n T2 Trªn h×nh vÏ thÓ hiÖn hai m« b¾t d·n ngang víi cïng mét møc nhiÔm tõ (100%). Sù ph©n r· nhiÔm tõ x¶y ra víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau do c¸c gi¸ trÞ T2 kh¸c nhau. M« víi gi¸ trÞ T2 dµi h¬n (100ms) gi÷ møc

10

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

nhiÔm tõ cao h¬n m« kh¸c nhau. T¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu chu kú, kh«ng cã t¬ng ph¶n T2, nhng t¬ng ph¶n T2 t¨ng qua qu¸ tr×nh d·n. Khi cã tÝn hiÖu déi c¸c møc nhiÔm tõ ®îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu RF vµ ®é s¸ng Pixel ¶nh; ®©y lµ thêi ®Óm TE mµ ngêi vËn hµnh lùa chän. T¬ng ph¶n T2 cùc ®¹i thu ®îc b»ng c¸ch dïng TE t¬ng ®èi dµ. Tuy nhiªn, khi dïng TE dµi, sù nhiÔm tõ vµ tÝn hiÖu RF l¹i qu¸ thÊp ®Ó h×nh thµnh mét ¶nh.

H×nh 3.7 : Sù tiÕn triÓn cña t¬ng ph¶n T2

IV.

C¸c ph¬ng ph¸p t¹o ¶nh

4.1. Chu k× t¹o ¶nh . Mét ®Æc tÝnh chung cho tÊt c¶ c¸c ph¬ng thøc t¹o ¶nh lµ cã hai pha kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh thu nhËn ¶nh nh h×nh 4.1. Mét pha ®i cïng víi sù nhiÔm tõ däc vµ pha kia ®i cïng víi sù nhiÔm tõ ngang. T¬ng ph¶n mËt ®é proton vµ T1 dïng trong pha nhiÔm tõ däc vµ t¬ng ph¶n T2 dïng trong pha nhiÔm tõ ngang . 4.2. KÝch thÝch Sù biÕn ®æi tõ pha nhiÔm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang ®îc t¹o b»ng c¸ch sö dông mét xung RF gäi lµ qu¸ tr×nh kÝch thÝch. HiÖn tîng nµy x¶y ra do sù nhiÔm tõ ngang biÓu diÔn mét tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh hoÆc bÞ kÝch thÝch h¬n so víi nhiÔm tõ däc. Xung kÝch thÝch ®îc ®Æc trng bëi mét gãc lËt. Xung kÝch 90 0 chuyÓn tÊt c¶ sù nhiÔm tõ däc ®ang tån t¹i sang sù nhiÔm tõ ngang. Lo¹i xung nµy ®îc dïng phæ biÕn trong qu¸ tr×nh t¹o ¶nh . Tuy nhiªn, cßn mét sã ph¬ng thøc t¹o ¶nh sö dông gãc lËt nhá h¬n 90 0 , ph¬ng thøc nµy chØ chuyÓn mét phÇn nhiÔm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang.

11

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

H×nh 4.1 Hai pha cña mét chu k× t¹o ¶nh 4.3. TÝn hiÖu vµ déi ( Signal and Echo event ) Pha nhiÔm tõ ngang kÕt thóc b»ng mét tÝn hiÖu déi t¹o ra tÝn hiÖu RF. ®ã lµ tÝn hiÖu ®îc ph¸t ra tõ m« vµ ®îc dïng ®Ó t¹o ¶nh . TÝn hiÖu déi ®îc t¹o ra b»ng c¸ch ®Æt mét xung RF hoÆc mét xung gradient lªn m«. 4.4. Thêi gian déi TE Trong suèt pha nhiÔm tõ ngang, TE cã thÓ ®îc ngêi vËn hµnh ®iÒu chØnh trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. KHi t¨ng TE th× ®é nh¹y t¬ng ph¶n T2 t¨ng vµ cêng ®é tÝn hiÖu t¨ng. 4.5. C¸c ph¬ng ph¸p tÝn hiÖu déi spin Cã hai ph¬ng thøc t¹o ¶nh ®ã lµ tÝn hiÖu déi spin vµ ph¬ng thøc kh«i phôc ngîc. • TÝn hiÖu déi spin ( Spin Echo ) Ph¬ng tøc t¹o ¶nh tÝn hiÖu déi spin ®Æc trng bëi hai xung kÝh 90 0 vµ theo sau lµ xung 180 0 ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu déi. §é s¸ng cña c¸c m« ®¬n lÎ vµ t¬ng ph¶n gi÷a c¸c m« kh¸c nhau ®îc x¸c ®Þnh b»ng mèi liªn hÖ gi÷a TR vµ TE vµ c¸c ®Æc tÝnh m« c¬ b¶n ( mËt ®é proton , T1, T2). Träng lîng cña t¬ng ph¶n ¶nh t¬ng øng víi mét ®Æc tÝnh m« riªng biÖt thu ®îc b»ng c¸ch ®iÒu chØnh c¸c gi¸ trÞ TR vµ TE.

12

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

H×nh 4.2 : D·y c¸c sù kiÖn vµ c¸c yÕu tè x¸c ®Þnh t¬ng ph¶n ¶nh H×nh 4.2 m« t¶ sù t¨ng lªn cña t¬ng ph¶n ¶nh gi÷a hai m« A vµ B. Ta thÊy sù nhiÔm tõ däc trong chu k× ®Çu tiªn, tiÕp theo lµ sù nhiÔm tõ ngang t¹o ra trong chu k× tiÕp theo. Chu k× ®Çu tiªn b¾t ®Çu b»ng mét xung 90 0 lµm chuyÓn ®æi tõ nhiÔm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang. Do vËy, chu kú b¾t ®Çu víi sù b·o hoµ hoµn toµn hoÆc kh«ng cã sù nhiÔm tõ däc. Sù nhiÔm tõ b¾t ®Çu t¨ng víi tÊc ®é ®îc x¸c ®Þnh b»ng gi¸ trÞ T1 ®èi víi m« cô thÓ. NÕu hai m« cã gi¸ trÞ T1 kh¸c nhau, th× sù kh¸c nhau vÒ nhiÔm tõ hay t¬ng ph¶n sÏ t¨ng lªn gi÷a hai m«. Khi c¸c m« tiÕn dÇn ®Õn vÞ trÝ nhiÔm tõ cùc ®¹i th× mËt ®é proton trë thµnh mét yÕu tè chÝnh ¶nh hëng ®Õn t¬ng ph¶n gi÷a hai m«. Chu kú nµy dõng vµ chu kú tiÕp theo tiÕp tôc b»ng viÖc t¨ng thªm mét xung kÝch 90 0 kh¸c. T¹i thêi ®iÓm b¾t ®µu cña chu k×, hai m« cã c¸c møc nhiÔm tõ ngang kh¸c nhau (t¬ng ph¶n) mang theo tõ nhiÔm tõ däc t¹i chu k× tríc. Khi nhiÔm tõ ngang b¾t ®Çu ph©n r·, nã còng ph©n r· t¹i c¸c tèc ®é kh¸c nhau nÊu hai m« cã thêi gian T2 kh¸c nha. §iÒu nµy dÉn ®Õn sù t¨ng lªn cña t¬ng ph¶n T2. MËt ®é proton vµ t¬ng ph¶n T1 ®îc thay thÕ dÇn dÇn bëi t¬ng ph¶n T2. T¹i 1 thêi ®iÓm thÝch hîp, mét xung 180 0 ®ù¬c ®Æt vµo ®Ó t¹o ra mét tÝn hiÖu déi vµ tÝn hiÖu tõ nhiÔm tõ ngang. Cêng ®é tÝn hiÖu tØ lÖ víi møc nhiÔu tõ ngang vµ x¸c ®Þnh ®é s¸ng cña m« khi nã xuÊt hiÖn trªn ¶nh . Hai m« cã cêng ®é tÝn hiÖu kh¸c nhau sÏ t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh kh¸c nhau. §Ó t¹o ra t¬ng ph¶n ¶nh dùa trªn sù kh¸c nhau T1 gi÷a c¸c m«, cã hai yÕu tè cÇn quan t©m. Do t¬ng ph¶n T1 t¨ng lªn trong pha nhiÔm tõ däc t¨ng lªn, c¸c gi¸ trÞ TR t¬ng ®èi ng¾n cÇn ®îc dïng ®Ó thu nhËn t¬ng ph¶n. YÕu tè thø hai lµ gi÷ t¬ng ph¶n T1 trong suèt thêi gian d·n ngang. VÊn ®Ò lµ t¬ng ph¶n T2 ®îc

13

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

phÐp t¨ng lªn, nã l¹i chèng l¹i t¬ng ph¶n T1. §ã lµ do c¸c m« cã T1 ng¾n th× T2 còng ng¾n. C¸c m« víi T1 ng¾n th× thêng s¸ng, tr¸i l¹i, T2 ng¾n l¹i gi¶m ®é s¸ng. T¬ng ph¶n mËt ®é proton t¨ng lªn khi sù nhiÔm tõ däc®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i, ®wocj x¸c ®Þnh b»ng mËt ®é proton trong mçi m« cô thÓ. Do vËy, cÇn ph¶i cã gi¸ trÞ TR t¬ng ®èi dµi ®Ó t¹o ¶nh träng lîng mËt ®é proton. C¸c gi¸ trÞ TE dµi sau ®ã ®îc dïng ®Ó cho phÐp thêi gian t¬ng ph¶n t¨ng lªn. C¸c gi¸ trÞ kÕt hîp gi÷a TE vµ TR ®îc chän qua c¸c b¶ng tuú thuéc vµo tõng lo¹i m«. • Kh«i phôc ngîc Kh«i phôc ngîc lµ mét ph¬ng thøc t¹o ¶nh tÝn hiÖu déi spin dïng cho mét môc ®Ých ®Æc biÖt. øng dông thø nhÊt lµ t¹o ra t¬ng ph¶n T1 ë møc cao vµ øng dông thø hai ®Ó triÖt tiªu tÝn hiÖu vµ t¹o ®é s¸ng cña mì. Ngêi ta nhËn ®îc d·y xung kh«i phôc ngîc b»ng c¸ch thªm mét xung 180 0 vµo d·y tÝn hiÖu déi sip th«ng thêng, nh h×nh 4.3.

Short

H×nh 4.3 Ph¬ng thøc t¹o ¶nh kh«i phôc ngîc Xung ®wocj thªm vµo t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu cña mçi chu k×. Trong kh«i phôc ngîc, mçi chu k× b¾t ®Çu khi xung 180 0 ®¶o ngîc híng cña nhiÔm tõ däc. Sù t¨ng trë l¹i ( kh«i phôc ) cña nhiÔm tõ b¾t ®Çu b»ng mét gi¸ trÞ ©m ( ®¶o ngîc ) chø kh«ng ph¶i 0 nh ph¬ng thøc déi spin. Ph¬ng thøc kh«i phôc ngîc gièng ph¬ng thøc tÝn hiÖu déi spin, dïng 1 xung kÝch 90 0 ®Ó t¹o sù nhiÔm tõ ngang, vµ xung kÕt thóc 180 0 t¹o ra tÝn hiÖu déi spin. Kho¶ng thêi gian gi÷a

14

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

xung 180 0 khëi ®Çu vµ xung 90 0 ®îc gäi lµ thêi gian ngîc T1. Nã cã thÓ ®îc thay ®æi bëi ngêi vËn hµnh nh mét ®iÒu khiÓn t¬ng ph¶n.  T¬ng ph¶n T1 : §Æc tÝnh c¬ b¶n cña bÊt k× ¶nh kh«i phôc ngîc nµo lµ cos ®é t¬ng ph¶n cao. §iÒu nµy do tæng thêi gian d·n däc t¨ng lªn do b¾t ®Çu tõ tµng th¸i ngîc.  TriÖt mì: Do mì cã gi¸ trÞ T1 tong ®èi ng¾n. Do vËy, nã kh«i phôc nhiÔm tõ däc nhanh h¬n c¸c m« kh¸c sau xung ngîc. §iÓm quan träng ë ®©y lµ nhiÔm tõ cña mì tr¶i qua ®iÓm kh«ng tríc c¸c m« kh¸c. NÕu thßi gian T1 ®îc chän ®Ó xung kÝch ®Æt t¹i ®óng thêi ®iÓm nµy sÏ kh«ng t¹o ra cã tÝn hiÖu. Ngêi ta ®¹t ®ùoc ®iÒu nµy víi T1 t¬ng ®èi ng¾n. Do ®ã, ph¬ng ph¸p nµy cßn gäi la fph¬ng ph¸p kh«i phôc ngêi thêi gian ng¾n. 4.6. Ph¬ng ph¸p tÝn hiÖu déi gradient nhá §©y lµ phwong ph¸p sö dông kÕt hîp víi mét xung kÝch RF cã gãc lËt nhá h¬n 90 0 , ph¬ng thøc nµy cßn cã tªn lµ phong thøc tÝn hiÖu déi gradient gãc nhá . • Gãc lËt xung kÝch thÝch Chóng ta ®· biÕt môc ®Ých cña xung kÝch thÝch lµ chuyÓn hoÆc lËt nhiÔm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang. Khi dïng mét xung kÝch 90 0 , tÊt c¶ c¸c nhiÔm tõ däc ®ang tån t¹i sÏ chuûen sang nhiÔm tõ ngang n trong ph¬ng thøc tÝn hiÖu déi spin. Xung kÝch 90 0 lµm gi¶m nhiªud tõ däc vÒ møc 0 t¹i lóc b¾t ®Çu c¶u mçi chu k×. §iÒu nµy cã nghÜa lµ cÇn kho¶ng thêi gian TR t¬ng ®èi dµi ®Ó cho phÐp nhiÔm tõ däc kh«i phôc. Nh ta ®· biÕt TR quyÕt ®Þnh ®Õn thêi gian thu nhËn ¶nh , do ®ã cÇn ph¶i gi¶m TR. Khi gi¸ trÞ TR gi¶m, lîng nhiÔm tõ ngang vµ cêng ®é tÝn hiÖu RF t¹o ra bëi mçi xung còng gi¶m. §iÒu nµy lµm t¨ng nhiÔu ¶nh . ViÖc dïng kho¶ng thêi gian TR ng¾n víi mét xung kÝch 90 0 kh«ng thÓ t¹o ra ¶nh T2 hay mËt ®é Proton. Mét c¸ch lµm gi¶m TR vµ t¨ng tèc ®é thu nhËn mµ kh«ng ph¶i chÞu nh÷ng nhù¬c ®iÓm ®· nªu ë trªn lµ sö dông mét xung kÝch thÝch cã gãc lËt nhá h¬n 90 0 . Xung nµy chØ truyÒn mét phÇn nhiÔm tõ däc sang nhiÔm tõ ngang. §iÒu nµy cã nghÜa lµ nhiÔm tõ däc kh«ng bÞ mÊt hoµn toµn hay gi¶m vÒ kh«ng bëi xung .  T¬ng ph¶n T1 : C¸c gãc lËt t¬ng ®èi lín ( 45 tíi 90 0 ) t¹o ra t¬ng ph¶n T1. §ã lµ ®iÒu chóng ta mong muèn do gãc lËt 90 0 vµ c¸c gi¸ trÞ TE vµ TR nhá ®ång nhÊt víi c¸c yÕu tè ®îc dïng ®Ó t¹o ra t¬ng ph¶n T1 víi ph¬ng ph¸p tÝn hiÖu déi spin.

15

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

 T¬ng ph¶n thÊp : c¸c gãc lËt n»m trong ph¹m vi trung b×nh t¹o ra rÊt Ýt t¬ng ph¶n. §ã lµ miÌn mµ mËt ®é proton vµ t¬ng ph¶n T1 triÖt tiªu lÉn nhau.  T¬ng ph¶n mËt ®é proton : C¸c gi¸ trÞ gãc lËt t¬ng ®èi nhá t¹o ra t¬ng ph¶n mËt ®é proton. Khi gãc lËt bÞ gi¶m trong miÒn nµy th× nhiÔm tõ còng gi¶m ®¸ng kÓ vµ t¹o ra cêng ®é tÝn hiÖu.  Cêng ®é tÝn hiÖu thÊp: C¸c gãc lËt rÊt thÊp thêng kh«ng h÷u dông cho chïn ta t¹o cêng ®é tÝn hiÖu RF thÊp. §Õn ®©y, chóng ta ph¶i xem xÐt viÖc thay ®æi gãc lËt xung kÝch ¶nh hëng ®Õn t¬ng ph¶n vµ cßng ®é tÝn hiªu nh thÕ nµo. Gãc lËt lµ mét trong nh÷ng yÕu tè t¹o ¶nh, nã thßng ®îc quyÕt dÞnh bëi ngêi sö dông. Tµi liÖu tham kh¶o 1: Image Processing – The Fundamentals 2: NhËp m«n xö lÝ ¶nh – NguyÔn Thanh Thuû 3: KÜ thuËt chuÈn ®o¸n h×nh ¶nh - §oµn NhËt ¸nh

16

Xö lÝ ¶nh t¹o ¶nh MRI

T×m hiÓu qu¸ tr×nh

Môc lôc Trang .S¬ ®å khèi cña hÖ thèng t¹o ¶nh MRi. .Tõ trêng .C¸c lo¹i nam ch©m .Gradient .M¸y tÝnh

1

céng hëng tõ h¹t nh©n . .§Þnh nghÜa céng hëng tõ h¹t nh©n . .T¬ng t¸c tõ h¹t nh©n . .§é tõ ho¸ m«

2

.§Æc trng cña m« .TR .TE .MËt ®é Proton .T1, thêi gian d·n däc .T2, thêi gian d·n ngang

5

.C¸c ph¬ng ph¸p t¹o ¶nh .Chu k× t¹o ¶nh . .KÝch thÝch .TÝn hiÖu vµ déi ( Signal and Echo event ) .Thêi gian déi TE .C¸c ph¬ng ph¸p tÝn hiÖu déi spin 4.6. Ph¬ng ph¸p tÝn hiÖu déi gradient nhá .

17

9