COÄNG HÖÔÛNG TÖØ HAÏT NHAÂN I

ThS nguyeãn Vaên Hoøa

Caùc tính chaát töø hoaù Phaùt vaø thu tín hieäu

Töø tính

• Töø tính laø tính chaát cô baûn cuûa vaät chaát

• Taïo ra bôûi caùc ñieän tích chuyeån ñoäng, thöôøng laø caùc electron

• Töø tính cuûa caùc chaát trong cô quan vaø cuûa chuyeån ñoäng electron taïo ra caùc “mieàn” töø saép xeáp ngaãu nhieân hoaëc khoâng ngaãu nhieân.

Ñoä caûm töø

• Ñoä caûm töø moâ taû möùc ñoä bò töø hoaù cuûa caùc vaät lieäu ñaët trong töø tröôøng

• Chaát nghòch töø : coù ñoä caûm töø hôi aâm vaø ñoái nghòch vôùi töø tröôøng

• Ví duï : calci, nöôùc , vaø haàu heát caùc vaät chaát höõu cô .

• Chaát thuaän töø : coù ñoä caûm töø hôi döông vaø laøm taêng töø tröôøng ñòa phöông, nhöng töï chuùng khoâng coù töø tính ( khoâng ño ñöôïc)

• Ví duï : phaân töû oxygen (O2), vaøi saûn phaåm thoaùi hoaù cuûa maùu, caùc chaát töông phaûn chöùa gadolinium.

• Chaát saét töø : chuû yeáu laøm taêng töø tröôøng ngoaøi ; nhieàu khi töï coù ñoä töø hoaù. Ví duï : saét, cobalt, vaø nickel

Ñoä caûm töø (tt)

Töø tröôøng

• Töø tröôøng toàn taïi nhö caùc löôõng cöïc coù caùc ñöôøng söùc ñi töø cöïc Baéc veà cöïc Nam.

• Cuøng cöïc ñaåy nhau, ñoái cöïc huùt nhau.

• Cöôøng ñoä töø tröôøng, B, laø soá ñöôøng söùc trong moät ñôn vò dieän tích

• Ñôn vò SI cuûa B laø tesla (T); moät ñôn vò khaùc laø gauss (G), 1 T = 10,000 G

Thanh nam chaâm Cuoän daây mang doøng

ñieän

Töø tính haït nhaân

• Haït nhaân coù töø tính ôû möùc ñoä raát nhoû

• Töø tính bò chi phoái bôûi phaân boá ñieän tích vaø spin trong proton vaø neutron cuûa haït nhaân .

• Proton ñang quay hay “Spin” cuûa nhaân hyñro 1H(proton) taïo ra moät löôõng cöïc töø

• Töø tröôøng cuûa neutron maïnh gaàn baèng vaø ngöôïc chieàu so vôùi töø tröôøng cuûa Proton

• Momen töø (magnetic moment) moâ taû töø tính cuûa haït nhaân.

Caùc tính chaát coäng höôûng töø cuûa caùc haït nhaân duøng trong y hoïc

Nhaân Soá luôïng töû Spin Ñoä giaøu ñoàng vò % Momen töø Maät ñoä töông ñoái Ñoä nhaïy töông ñoái

*Ghi chuù : taát caû ñoàng vò cuûa moät nguyeân toá cho saün

Töø tính cuûa caùc nguyeân toá

• Nguyeân toá Hydro, coù momen töø vaø ñoä giaøu lôùn nhaát, ñöôïc duøng trong ghi phoå coäng höôûng töø (MR Spectroscopy) vaø ghi hình coäng höôûng töø (MRI). Vaät lyù coå ñieån coi proton ñang quay hay “spin” nhö moät thanh nam chaâm coù 2 cöïc Baéc vaø Nam.

• Moät Vector (coù ñoä lôùn vaø höôùng) ñöôïc duøng ñeå ñaùnh giaù toång töø tính cuûa nhieàu proton.

Proton ñang quay vôùi töø tröôøng löôõng

cöïc “Momen

töø” töông öùng

Taùc duïng cuûa töø tröôøng ngoaøi

• Döôùi aûnh höôûng cuûa moät töø tröôøng ngoaøi maïnh, B0, caùc spin phaân boá trong 2 traïng thaùi naêng löôïng : – Xeáp song song vôùi B0 ôû möùc naêng

löôïng thaáp. – Xeáp ñoái song vôùi B0 ôû möùc naêng

löôïng hôi cao hôn.

Song song

Ñoái song

Momen töø toång

Taàn soá Larmor • Caùc proton cuõng chòu moät löïc xoaén töø Bo

neân coù chuyeån ñoäng quay ñaûo (precession), nhö chuyeån ñoäng cuûa con quay ñaët trong löïc haáp daãn cuûa quaû ñaát.

• Taàn soá goùc quay quanh truïc (soá voøng/ sec) tæ leä vôùi B0

• vaø ñöôïc moâ taû baèng phöông trình Larmor :

00

00

2

Bf

B

πγ

γω

=

=

Trong ñoù γ laø heä soá hoài chuyeån cuûa proton , fo laø taàn soá Larmor .

Heä soá hoài chuyeån cuûa caùc haït nhaân thoâng duïng

Haït nhaân

Ñònh höôùng hình hoïc

• Theo qui öôùc, B0 song song vôùi truïc z • Duøng 2 heä qui chieáu :

– Heä phoøng thí nghieäm : laø heä qui chieáu ñöùng yeân töø ñieåm nhìn cuûa ngöôøi quan saùt.

– Heä quay : laø heä truïc quay ôû taàn soá goùc baèng taàn soá quay ñaûo cuûa proton.

Vector töø hoaù (Megnetization vector)

• Ñoä töø hoaù doïc (Longitudinal magnetization), Mz, laø thaønh phaàn vector cuûa momen töø theo höôùng z.

• Ñoä töø hoaù ngang (Transverse Magnetization), Mzy, laø thaønh phaàn vector cuûa momen töø trong maët phaúng x-y.

• Ñoä töø hoaù caân baèng (Equilibrium magnetization), M0, laø ñoä töø hoaù cöïc ñaïi cuûa maãu (sample).

Phaùt vaø Thu tín hieäu coäng höôûng töø

• Ñöa vaøo cô theå moät naêng löôïng taàn soá voâ tuyeán (RF) ñoàng boä vôùi taàn soá quay cuûa caùc proton seõ laøm caùc momen töø trong maãu dòch khoûi vò trí caân baèng.

• Khi momen töø quay veà caân baèng seõ phaùt ra tín hieäu MR tæ leä vôùi soá löôïng proton bò kích thích, vôùi möùc ñoä phuï thuoäc ñaëc tröng caùc moâ.

Coäng höôûng vaø kích thích

• Neáu taàn soá cuûa thaønh phaàn töø B1 cuûa xung RF truøng hôïp chính xaùc vôùi taàn soá quay cuûa caùc proton thì hieän töôïng coäng höôûng (resonance) seõ xaõy ra , Vector töø hoaù seõ bò dòch khoûi vò trí caân baèng.

• Trong heä quay, tröôøng döøng B1 taùc duïng moät löïc xoaén vaøo Mz, laøm noù quay xa khoûi höôùng doïc ñeå veà maët phaúng ngang.

B1 ôû taàn soá Lamor

B1 leäch coäng höôûng

Goùc leäch

Goùc leäch : laø ñoä leäch cuûa vector töø hoaù doïc ñeå taïo ra töø hoaù ngang.

• Caùc goùc thöôøng duøng laø 90O (π/2) vaø 180O (π)

• Moät xung 90O taïo ra ñoä töø hoaù ngang lôùn nhaát.

Goùc leäch nhoû

Goùc leäch lôùn

Chieàu xoaén treân Mo

Leäch 180o

Leäch 90o

Goùc leäch (tt)

• Caùc kyõ thuaät MRI nhanh thöôøng taïo goùc leäch ≤ 30o ñeå ruùt ngaén thôøi gian taïo töø hoaù ngang.

• Moät goùc leäch 45o chæ caàn nöûa thôøi gian cuûa goùc leäch 90o ñeå taïo ra 70% tín hieäu, vì pheùp chieáu vector treân maët phaúng ngang laø sin 45o, baèng 0.707

Ñoä suy giaûm caûm öùng töï do :

thôøi gian hoài phuïc T2

• Khi Mxy quay vôùi taàn soá Larmor, cuoän thu (anten) bò caûm öùng töø taïo ra tín hieäu ñieän hình sin giaûm daàn goïi laø tín hieäu suy giaûm caûm öùng töï do (FID).

• Bieân ñoä tín hieäu FID bò suy giaûm vì caùc spin bò maát ñoàng pha do töø tröôøng bieán thieân.

Heä quay

Caân baèng Mx-y= 0

Xung RF 90o

Mx-ylôùnLeäch pha

Mx-y suy giaûm Leäch pha

Mx-y= 0

Thôøi gian

Heä Lab Anten thu

Thôøi gian

Thôøi gian hoài phuïc T2 (tt)

• Söï bieán thieân töø tröôøng vi moâ trong caáu truùc maãu seõ gaây töông taùc spin-spin, caùc spin seõ quay khaùc taàn soá vì cöôøng ñoä töø tröôøng hôi khaùc nhau.

• Tieán trình maát ñoàng pha caøng taêng nhanh do töø tröôøng ngoaøi phaân boá khoâng ñoàng nhaát (nam chaâm khoâng hoaøn thieän) hoaëc do caùc chaát thuaän töø hay saét töø taïo neân.

Thôøi gian hoài phuïc T2 (tt)

• Maãu moâ coù töø tính rieâng, trong ñoù caùc töông taùc spin-spin seõ gaây maát ñoàng pha laøm tín hieäu ngang bò suy giaûm theo haøm muõ.

• Thôøi gian troâi qua giöõa ñænh cöïc ñaïi tín hieäu ngang vaø 37% möùc cöïc ñaïi (1/e) laø haèng soá giaûm T2 .

• Bieåu dieãn toaùn hoïc nhö sau : 2/

0)( Ttxy eMtM −=

Mxy

cöïc ñaïi

Mxy

suy giaûm

Mxy= 0

Giaûm T2

Giaûm T*2

Thôøi gian Thôøi gian

T2 vaø T2*

• Caáu truùc phaân töû cuûa maãu xaùc ñònh cô cheá phaân raõ T2.

• Caùc phaân töû di ñoäng nhanh trong caùc chaát loûng voâ ñònh hình seõ laøm giaûm hoaëc trieät tieâu caùc sai bieät töø tröôøng noäi taïi neân coù T2 daøi .

• Khi xeùt ñeán ñoä sai bieät B0, haèng soá giaûm spin-spin T2 bò ruùt ngaén thaønh T2

*

• T2* phuï thuoäc vaøo ñoä ñoàng nhaát cuûa

töø tröôøng chính vaø caùc chaát caûm töø coù trong moâ.

Taùi laäp caân baèng :Thôøi gian hoài phuïc T1

• Hoài phuïc spin – maïng laø söï taêng veà laïi giaù trò caân baèng ban ñaàu cuûa Mz, phuï thuoäc ñaëc tröng töông taùc giöõa spin vaø maïng (caùch saép xeáp vaø caáu truùc)

• Haèng soá hoài phuïc T1 laø thôøi gian caàn ñeå hoài phuïc 63% ñoä töø hoaù doïc, Mz.

• Söï hoài phuïc cuûa Mz theo thôøi gian sau xung 90o

ñöôïc dieãn taû toaùn hoïc nhö sau :)1()( 1/

0Tt

Z eMtM −−=

Thôøi gian

Xung 90o

Caân baèng

Xung 90o

Thôøi gian trì hoaõn

Hoài phuïc doïc

Xung 90o

Tín hieäu FID taïo ra

Ngaén Trung bình Daøi

Hoài phuïc Mz

Ngaé

n

Tru

ng b

ình

D

aø

i

Thôøi gian (s)

Thôøi gian hoài phuïc T1 (tt.)

• Thôøi gian hoài phuïc T1 phuï thuoäc toác ñoä tieâu taùn naêng löôïng haáp thuï vaøo maïng phaân töû bao quanh.

• Söï truyeàn naêng löôïng hieäu quaû nhaát khi taàn soá quay cuûa proton kích thích truøng vôùi taàn soá dao ñoäng cuûa maïng phaân töû.

• Phuï thuoäc nhieàu vaøo thuoäc tính vaät lyù cuûa caùc moâ.

Kích thöôùc vaø ñaëc tính phaân töû

Trung bình, dính T1 ngaén

Nhoû , loûng T1 daøi

Lôùn , döøng T1 daøi nhaát

Ñoä lôùn töông

ñoái

Taàn soá Cao Thaáp

Thôøi gian hoài phuïc T1 (tt.)

• T1 taêng theo cöôøng ñoä töø tröôøng. • Söï taêng töông öùng cuûa taàn soá

quay Larmor laøm giaûm bôùt ñoä truøng phoå taàn soá dao ñoäng phaân töû, laøm T1 daøi hôn.

So saùnh T1 vaø T2

• T1 khaù daøi hôn T2

• Chuyeån ñoäng phaân töû, kích thöôùc, vaø caùc töông taùc aûnh höôûng ñeán T1 vaø T2

• Söï khaùc bieät veà T1, T2, vaø T2*

(cuøng söï sai bieät veà maät ñoä proton vaø doøng maùu) taïo ñoä töông phaûn cao trong ghi hình MRI.

Daøi

Thôøi gian hoài

phuïc

Ngaén

Chuyeån ñoäng phaân töû :

Kích thöôùc phaân töû :

Töông taùc phaân töû :

Chaäm

Lôùn

Gaén keát

Trung bình

Trung bình

Trung bình

Nhanh

Nhoû

Töï do

Haèng soá hoài phuïc T1 vaø T2

cuûa moät soá moâ

Moâ

Môõ GanCô Chaát traéngChaát xaùmDòch naõo tuûy

aChæ öôùc löôïng, caùc giaù trò T1 vaø T2 coù daõi roäng

Toång keát

• T1 > T2 > T2*, vaø caùc thôøi gian hoài

phuïc rieâng laø moät haøm cuûa ñaëc tröng moâ.

• Maät ñoä spin,T1 , vaø caùc haèng soá thôøi gian hoài phuï T2 laø ñaët tröng cô baûn cuûa moâ, coù theå khai thaùc caùc ñaëc tröng naøy trong MRI ñeå chaån ñoaùn beänh.

Ghi hình coäng höôûng töø MRI (I)

Ñònh vò tín hieäu MR

Ñònh vò tín hieäu MR

• Ñònh vò khoâng gian laø phaàn vieäc cô baûn trong ghi hình MRI, caàn aùp caùc gradient töø tröôøng yeáu leân töø tröôøng chính ñoàng nhaát vaø maïnh nhôn nhieàu ñeå phaân bieät caùc vò trí tín hieäu trong vaät 3 chieàu ( beänh nhaân).

• MRI qui öôùc keát hôïp caùc xung kich thích RF vôùi caùc gradient töø tröôøng ñeå ñònh vò tín hieäu töø caùc nguyeân toá theå tích rieâng trong beänh nhaân.

Gradient töø tröôøng

• Caùc töø tröôøng coù höôùng vaø cöôøng ñoä döï ñònh tröôùc ñöôïc taïo ra trong moät voøng daây daãn khi cung caáp moät doøng ñieän moät chieàu coù phaân cöïc vaø bieân ñoä rieâng.

• Choàng caùc töø tröôøng cuûa 1 hoaëc nhieàu cuoän daây coù caáu hình xaùc ñònh chính xaùc ñeå taïo ra caùc gradient töø tröôøng.

Doøng electron

Doøng electron

Caëp cuoän daây

Töø tröôøng

Töø tröôøng

Bieán ñoåi töø tröôøng

Khoaûng caùch doïc theo truïc cuoän

daây Caùc töø tröôøng choàng leân nhau Thay ñoåi tuyeán

tính trong töø tröôøng

Taâm caëp cuoän daây

• Vôùi thieát keá thích hôïp, caùc cuoän gradient seõ taïo ra moät töø tröôøng coù cöôøng ñoä thay ñoåi tuyeán tính theo khoaûng caùch treân moät tröôøng nhìn (FOV) xaùc ñònh tröôùc.

• Trong loõi nam chaâm, 3 boä gradient ñaët doïc theo caùc truïc toaï ñoä x, y, vaø z – taïo ra moät töø tröôøng bieán ñoåi xaùc ñònh bôûi ñoä lôùn doøng ñieän trong moãi boä cuoän daây.

• Phaân cöïc gradient ñöôïc chuyeån ñoåi baèng caùch ñoåi chieàu doøng ñieän trong caùc cuoän gradient.

Gradient töø tröôøng (tt)

Caùc gradient rieâng leû Caùc gradient choàng leân

nhau

Gradient thu ñöôïc

Truïc x

Truïc y

Truïc z

• Hai tính chaát quan troïng cuûa caùc heä gradient :

- Bieân ñoä cöïc ñaïi cuûa tröôøng gradient xaùc ñònh “ñoä doác” cuûa tröôøng gradient ( côû 1 to 50 mT/m)

- Toác ñoä leân laø thôøi gian caàn ñeå ñaït tôùi bieân ñoä töø tröôøng cöïc ñaïi, caøng ngaén caøng toát (côû 5 tôùi 250 mT/m/msec)

Gradient töø tröôøng (tt)

Taùc duïng leân taàn soá Lamor

• Gradient laø moät töø tröôøng tuyeán tính, phuï thuoäc vò trí, aùp duïng leân khaép tröôøng nhìn FOV.

• Caùc proton thay ñoåi taàn soá quay öùng vôùi vò trí cuûa chuùng doïc theo gradient ñöôïc aùp duïng theo caùch ñaõ ñöôïc hoaïch ñònh tröôùc.

• Giöõa gradient coù “ñieåm khoâng” , taïi ñoù töø tröôøng vaø taàn soá quay khoâng thay ñoåi .

• Taàn soá quay seõ taêng giaûm tuyeán tính theo söï bieán ñoåi cuûa cöôøng ñoä töø tröôøng ñòa phöông so vôùi “ñieåm khoâng”.

Töø tröôøng thaáp hôn moät

chuùt

Töø tröôøng cao hôn moät chuùt Gradient

Taàn soá quay thaáp hôn moät

chuùt

Taàn soá quay cao hôn moät

chuùt

Ñieåm “khoâng”Taàn soá Larmor

Vò trí FOV

• Vò trí caùc proton doïc theo gradient ñöôïc xaùc ñònh bôûi taàn soá vaø pha cuûa chuùng.

• Bieân ñoä gradient vaø soá maãu qua tröôøng chieáu FOV xaùc ñònh ñoä roäng baêng taàn (BW) qua moãi pixel.

• Phöông trình Larmor (ω = γB) dieãn taû bieân ñoä gradient theo ñôn vò Hz/cm– Deã xaùc ñònh baên taàn BW qua FOV, ñoäc

laäp vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng chính.

Taùc duïng leân taàn soá Lamor (tt)

Gradient• Caàn aùp duïng 3 gradient rieâng bieät trong chuoãi

xung ñeå ñònh vò caùc proton trong theå tích 3D : • - Gradient choïn laùt caét (SSG)

– Gradient maõ hoaù taàn soá (FEG)– Gradient maõ hoaù pha (PEG)

• Thöôøng ñöôïc xeáp ñaët theo moät traät töï rieâng, tuøy theo chuoãi xung ñöôïc aùp duïng.

• Thöôøng truøng laép moät phaàn hay hoaøn toaøn trong thôøi gian queùt (scan) ñeå ñaït ñöôïc traïng thaùi spin mong muoán , hoaëc ñeå caùc spin ôû traïng thaùi pha ban ñaàu cuûa chuùng sau khi aùp duïng caùc gradient.

Gradient choïn laùt caét (SSG)

• Gradient choïn laùt caét (SSG) keát hôïp vôùi xung kích thích RF ñeå xaùc ñònh laùt moâ ñöôïc ghi hình trong cô theå .

• Aùp duïng gradient SSG doïc theo truïc daøi (ñaàu- ñuoâi) cuûa cô theå ñeå chuïp caùc aûnh MR truïc (axial).

• Aùp duïng moät xung RF ( baêng taàn heïp) taàn soá choïn loïc vaøo caû khoái theå tích moâ, chæ nhöõng spin doïc theo gradient vaø coù taàn soá quay baèng taàn soá RF seõ haáp thuï naêng löôïng nhôø hieän töôïng coäng höôûng.

Xung RF baêng taàn heïp

Gradient choïn laùt caét

Laùt moâ bò kích thích

Caùc cuoän daây gradient

Beà daøy laùt caét • Beà daøy laùt caét ñöôïc xaùc ñònh bôûi 2

thoâng soá :– Ñoä roäng baêng taàn cuûa (BW) cuûa xung RF – Cöôøng ñoä gradient ñi qua tröôøng nhìn FOV.

• Vôùi moät tröôøng cho saün, moät xung RF baêng taàn BW heïp seõ kích thích caùc proton trong moät laùt moâ heïp, vaø moät baêng taàn BW roäng seõ kích thích laùt moâ daøy hôn.

• Vôùi moät baêng taàn BW coá ñònh, cöôøng ñoä tröôøng gradient SSG (ñoä doác) xaùc ñònh beà daøy laùt caét. – Taêng gradient taïo ra daõi taàn lôùn hôn qua

FOV vaø laøm giaûm beà daøy laùt caét.

RF thay ñoåi , Gradient coá ñònh

RF coá ñònh , Gradient thay ñoåi

Beà daøy laùt caét , ∆z Beà daøy laùt caét , ∆z

BW heïp → ∆z nhoû

BW roäng → ∆z lôùn Gradient thaáp → ∆z lôùn

Gradient cao → ∆z lôùn

Ñoä roäng baêng taàn BW = ∆ω Heïp

Roäng

Lôùn

Nhoû

Lôùn

Nhoû

Cöôøng ñoä gradient

Taàn

soá

R

F

CaoThaáp

∆ω coá ñònh

Xung ‘Sinc’ • Xung RF duøng ñeå kích thích moät laùt moâ

(proton) laø moät daïng soùng toång hôïp ñaëc bieät goïi laø xung ‘sinc’

• Xung coù moät phaàn chính giöõa taïi thôøi ñieåm “0” vaø caùc dao ñoäng (döông vaø aâm ) giaûm bieân ñoä tröôùc vaø sau bieân ñoä cöïc ñaïi.

• Profile laùt caét “hoaøn haûo” caàn moät thôøi gian voâ haïn tröôùc vaø sau xung–ñieàu naøy khoâng theå ñaït ñöôïc.

• Thôøi khoaûng xung ngaén yeâu caàu phaûi caét cuït xung sinc, taïo ra caùc profile laùt caét khoâng baèng nhö lyù töôûng.

Daïng soùng xung Sinc

Profile kích thích

Vò trí Thôøi gian

Bieâ

n ño

ä

• Ñoä roäng xung Sinc xaùc ñònh baêng taàn BW

• Ñoä roäng xung Sinc heïp vaø caùc dao ñoäng cao taàn taïo ra moät BW roäng vaø phaân boá kích thích roäng töông öùng.

• Xung sinc roäng vaø bieán thieân chaäm taïo ra moät BW heïp vaø phaân boá kích thích moûng töông öùng.

Xung ‘Sinc’ (tt)

Daïng soùng xung Sinc

Profile kích thích

Vò trí Thôøi gian

Bieâ

n ño

ä

Tæ soá tín hieäu - nhieãu (SNR)

• Keát hôïp BW heïp vaø cöôøng ñoä gradient thaáp hoaëc BW roäng vaø cöôøng ñoä gradient cao coù theå taïo ra caùc ñoä daøy laùt caét gioáng nhau.

• Tæ soá tín hieäu treân nhieãu cuûa caùc döõ lieäu thu ñöôïc :

BWSNR

1∝

SNR (tt)

• Choïn BW heïp coù theå taïo ra caùc xaûo aûnh do dòch chuyeån hoaù hoïc ( chemical shift artifact ) vaø caùc ñaëc tröng aûnh khoâng mong muoán khaùc.

• Caàn dung hoaø chaát löôïng aûnh khi xaùc ñònh phoái hôïp giöõa baêng taàn RF toái öu vaø cöôøng ñoä tröôøng gradient cho chuoãi SSG.

Leäch pha spin

• Caùc gradient laøm leäch pha caùc spin trong theå tích ghi hình cuûa beänh nhaân .

• Ñeå taùi laäp pha ban ñaàu cho taát caû caùc proton döøng sau khi kích thích choïn laùt caét , aùp duïng moät gradient phaân cöïc ngöôïc baèng ½ dieän tích gradient ban ñaàu.

• Vôùi caùc kích thích 180o, khoâng caàn duøng gradient ñeå taùi laäp ñoàng pha, vì caùc spin duy trì pha sau xung 180o .

Gradient maõ hoaù laùt caét

Gradient taùi laäp ñoàng pha

Dieän tích baèng nhau

Spin cuøng pha Caùc spin leäch pha

Söï thay ñoåi pha töông ñoái qua FOV

Gradient maõ hoaù taàn soá (FEG)

• Gradient maõ hoaù taàn soá (FEG), coøn goïi laø gradient ñoïc döõ lieäu ra (readout gradient) , ñöôïc aùp duïng theo chieàu thaúng goùc vôùi SSG

• Ñeå ghi hình truïc, aùp duïng FEG doïc theo truïc x trong suoát quaù trình hình thaønh vaø suy giaûm tín hieäu ñeán töø caùc spin bò kích thích bôûi chuoãi SSG.

• Caùc tín hieäu lieân tuïc cuûa caùc spin ñöôïc maõ hoaù taàn soá theo vò trí cuûa chuùng doïc theo FEG

FEG (tt)

• Khi môû gradient, caùc proton quay vôùi taàn soá xaùc ñònh bôûi vò trí cuûa chuùng tính töø ñieåm “khoâng”.

• Pheùp giaûi bieán ñieäu ( laáy taàn soá quay Larmor ra khoûi tín hieäu toång hôïp) cho ta moät daõi bieán thieân taàn soá phaân boá ñoái xöùng töø taàn soá 0 taïi ñieåm “khoâng” , tôùi +fmax vaø –fmax taïi caùc bieân cuûa FOV.

Laùt caét ngang cô theå

Gradient maõ hoaù taàn soá (FEG)

Taàn soá thu ñöôïc taïi vò trí gradient

Tín hieäu taàn soá

toång hôïp

Profile chieáu

Cuoän thu

Soá hoaù

Bieán ñoåi Fourier (Boä giaûi maõ vò trí)

( - khoaûng caùch )

( + khoaûng caùch )Vò trí

Bieâ

n ño

ä

FEG (tt)

• Tín hieäu toång hôïp ñöôïc khuyeách ñaïi, soá hoaù, vaø giaõi hoaù baèng bieán ñoåi Fourier, moät thuaät toaùn toaùn hoïc ñoåi caùc tín hieäu taàn soá thaønh moät ñöôøng döõ lieäu öùng vôùi bieân ñoä spin theo vò trí.

Tín hieäu MR giaûi bieán ñieäu

Bieán ñoåi Fourier töông öùng

1 chu kyø /cmBieân ñoä : 1.0

2 chu kyø /cmBieân ñoä :

0.75Dòch pha 180o

3 chu kyø /cmBieân ñoä : 0.5

Daïng soùng toång hôïp

Taàn soá (chu kyø/cm) hay Vò trí

Khoaûng caùch (cm)

Bieâ

n ño

ä

FEG (tt)• Moät aûnh chieáu (projection) cuûa vaät

ñöôïc taïo ra baèng caùch laáy toång bieân ñoâ tín hieäu doïc theo moät coät moâ – Ñoä roäng coät ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñoä roäng

laáy maãu (pixel)– Ñoä daøy ñöôïc xaùc ñònh bôûi bieân ñoâ

gradient choïn laùt caét vaø ñoä roäng baêng taàn BW cuûa xung RF.

• Bieân ñoä tín hieäu toång coäng phuï thuoäc maät ñoä spin,T1 vaø T2 .

• Thu ñöôïc moät profile mieàn khoâng gian doïc theo höôùng gradient ñaõ aùp duïng.

Laùt caét ngang cô theå

Gradient maõ hoaù taàn soá (FEG)

Taàn soá thu ñöôïc taïi vò trí gradient

Tín hieäu taàn soá

toång hôïp

Profile chieáu

Cuoän thu

Soá hoaù

Bieán ñoåi Fourier (Boä giaûi maõ vò trí)

( - khoaûng caùch )

( + khoaûng caùch )Vò trí

Bieâ

n ño

ä

FEG (tt)

• Quay höôùng FEG theâm töøng böôùc moät cho moãi khoaûng thôøi gian TR ñeå coù caùc aûnh chieáu (projection) xuyeân qua vaät, laø haøm cuûa goùc, töông töï nhö taäp döõ lieäu thu ñöôïc trong CT

• Coù theå duøng kyõ thuaät chieáu ngöôïc coù loïc (Filtered backprojection) ñeå taïo caùc aûnh caét laùt .

• Aûnh thu ñöôïc nhaïy vôùi caùc xaûo aûnh do chuyeån ñoäng.

Gradient maõ hoaù pha

• Vò trí caùc spin trong chieàu khoâng gian thöù 3 ñöôïc xaùc ñònh vôùi moät gradient maõ hoaù pha (PEG), aùp duïng tröôùc gradient maõ hoaù taàn soá vaø sau gradient choïn laùt caét, doïc theo truïc tröïc giao thöù 3 .

• Pha bieåu dieãn söï bieán thieân ôû ñieåm khôûi ñaàu cuûa caùc soùng hình sin, vaø coù theå ñöôïc taïo ra baèng caùch aùp duïng moät gradient trong moät thôøi gian ngaén.

PEG (tt)• Sau khi duøng SSG ñeå ñònh vò ban ñaàu

caùc proton ñöôïc kích thích trong laùt moâ, taát caû spin coù cuøng pha.

• Khi aùp duïng PEG, seõ taïo ra moät ñoä khaùc bieät tuyeán tính veà taàn soá quay cuûa caùc spin bò kích thích ñi qua laùt moâ theo höôùng gradient.

• Khi taét PEG, caùc spin quay veà taàn soá Larmor, nhöng baây giôø ñaõ bò dòch pha vôùi caùc ñoä dòch

• phuï thuoäc vaøo vò trí khoâng gian so vôùi ñieåm “khoâng” cuûa PEG vaø cöôøng ñoä cuûa PEG

PEG (tt)

• Caùc proton ôû gradient döông coù pha tieán leân , ôû gradient aâm coù pha bò chaäm laïi, ôû ñieåm “khoâng” coù pha khoâng thay ñoåi.

• ÖÙng vôùi moãi TR, aùp duïng moät cöôøng ñoä PEG rieâng ñeå taïo ra moät söï ñoåi pha rieâng ñi qua FOV

• Söï thay ñoåi cöôøng ñoä PEG lieân tieáp töø phaân cöïc döông sang aâm trong luùc ghi hình taïo ra moät ñoä dòch pha phuï thuoäc vò trí taïi moãi vò trí doïc theo höôùng maõ hoaù pha ñaõ aùp duïng.

Bieân ñoä gradient pha ñöôïc aùp duïng 256 laàn

Ñoä dòch pha sau khi khoâng coù gradient

PEG (tt)• Sau khi thu thaäp taát caû döõ lieäu aûnh,

duøng bieán ñoåi Fourier ñeå giaûi maõ vò trí khoâng gian doïc theo höôùng maõ hoaù pha.

• Söï ñoái xöùng trong mieàn taàn soá ñoøi hoûi phaûi ghi nhaän höôùng dòch pha (döông hay aâm) ñeå aán ñònh ñuùng vò trí trong aûnh cuoái cuøng.

• Nhöõng thay ñoåi nheï veà vò trí trong luùc ghi hình seõ taïo ra caùc aûnh copy moät phaàn caáu truùc bò dòch doïc theo truïc maõ hoaù pha.

Kích thích proton

Ñònh vò (z)

Ñònh vò (y)

Ñònh vò (x)

Taïo echo

Thu döõ lieäu

Coäng höôûng töø hatï nhaân II

Caùc chuoãi xung

Caùc chuoãi xung

• Laøm roõ söï khaùc bieät giöõa caùc maät ñoä spin, T1, vaø caùc haèng soá thôøi gian hoài phuïc T2 laø chìa khoaù ñoái vôùi ñoä nhaïy töông phaûn trong caùc aûnh MR.

• Kieán taïo caùc chuoãi xung – ñònh thôøi gian, trình töï, phaân cöïc , vaø taàn soá laëp laïi cuûa caùc xung RF vaø caùc töø tröôøng doác ( gradient) – laøm cho caùc tín hieäu phuï thuoäc theo T1, T2 hay caùc ñaëc tröng hoài phuïc maät ñoä spin.

• MR döïa vaøo 3 chuoãi xung chính :– SE (Spin echo) : phaûn hoài baèng xung RF 180o

– IR (Inversion recovery) : hoài phuïc ñaûo – GE (Gradient recalled echo) : phaûn hoài baèng

töø tröôøng doác (gradient) . • Söû duïng phoái hôïp vôùi caùc phöông

phaùp ñònh vò (caùc phöông phaùp maõ hoaù khoâng gian tín hieäu ñeå taïo aûnh ) ñeå thu caùc aûnh “ töông phaûn coù troïng soá” .

Caùc chuoãi xung (tt)

Chuoãi xung phaûn hoài Spin (Spin echo)

• Chuoãi xung phaûn hoài spin (Spin echo) : kích thích caùc proton ñaõ ñöôïc töø hoaù trong maãu baèng xung RF ñeå taïo tín hieäu FID, tieáp theo laø moät xung RF thöù 2 ñeå taïo tín hieäu phaûn hoài echo.

• Ñònh thôøi gian giöõa caùc xung RF ñeå taùch bieät tín hieäu FID ban ñaàu vaø tín hieäu phaûn hoài echo vaø ñeå coù theå hieäu chænh ñoä töông phaûn moâ.

Tín hieäu FID giaûm daàn theo toác ñoä T2*

Sau xung 180o , tín hieäu taùi taïo ôû cuøng toác

ñoä

Bieân ñoä cöïc ñaïi cuûa xung echo phuï thuoäc T2

Heä quay

Xung

90o

Xung

180o

Xung

180o

Xung

180oSuy giaûm

T2

Suy giaûm

T2*

Thôøi gian laëp laïi (TR)

• Chuoãi xung spin echo chuaån goàm moät chuoãi xung kích thích 90o caùch nhau moät khoaûng thôøi gian TR goïi laø thôøi gian laëp laïi (time of repetition (TR)), töø 300 - 3000 ms .

• Caàn thôøi gian TR giöõa caùc xung kích thích ñeå hoài phuïc töø hoaù doïc.

Baûo hoaø moät phaàn

• Sau thôøi khoaûng TR, phaùt tieáp xung 90o

tröôùc khi töø hoaù doïc hoài phuïc hoaøn toaøn.

• Tín hieäu FID phaùt ra yeáu hôn tín hieäu FID ban ñaàu.

• Sau xung 90o thöù 2, ñoä töø hoaù doïc ñeàu nhau seõ cho bieân ñoä tín hieäu FID nhö nhau trong moãi xung 90o tieáp theo.

• Caùc moâ trôû neân bò baûo hoaø moät phaàn ( partially saturated ) vôùi möùc ñoä phuï thuoäc thôøi gian hoài phuïc T1.

T1 ngaén Chöa baûo

hoaø Baûo hoaø moät phaàn

T1 daøi Chöa baûo hoaø Baûo hoaø moät phaàn

Laáy troïng soá töông phaûn Spin echo

• Ñoä töông phaûn aûnh tæ leä vôùi ñoä sai bieät cöôøng ñoä tín hieäu giöõa caùc phaàn töû aûnh (pixel) keá caän nhau trong aûnh.

• Tín hieäu, S, do heä NMR taïo ra tæ leä vôùi caùc yeáu toá sau :

� ρH laø moät ñoä spin (proton) – f(v) laø tín hieäu do doøng chaát dòch.

21 // ]1)[( TTETTRH eevfS −−−∝ ρ

Caùc xung RF

Tín hieäu ra

• Phöông trình cho thaáy : vôùi cuøng giaù trò TR vaø TE (töùc laø , cuøng chuoãi xung), caùc giaù trò T1 hay T2 (hay maät ñoä spin hay doøng ) khaùc nhau seõ thay ñoåi tín hieäu S

• Tín hieäu trong caùc phaàn töû theå tích (voxel) keá nhau seõ khaùc nhau khi T1 hay T2 thay ñoåi giöõa caùc voxel naøy.

• Neáu thay ñoåi TR vaø TE, ñoä töông phaûn coù theå phuï thuoäc vaøo T1 hoaëc T2

Laáy troïng soá töông phaûn spin echo (tt)

Laáy troïng soá T1

• Moät chuoãi spin echo “troïng soá T1” ñöôïc thieát keá ñeå taïo ra ñoä töông phaûn chuû yeáu döïa treân ñaëc tính T1 cuûa caùc moâ vaø giaûm thieåu ñoùng goùp cuûa T2

• Choïn TR töông ñoái ngaén ñeå laøm cöïc ñaïi ñoä khaùc bieät töø hoaù doïc khi chuùng veà caân baèng, vaø TE ngaén ñeå laøm cöïc tieåu söï phuï thuoäc T2 luùc thu tín hieäu

• Moâ coù T1 ngaén hôn seõ cho cöôøng ñoä aûnh cao hôn.

Hoài phuïc doïc (T1)

Phaân raõ ngang (T2) Cöôøng ñoä aûnh

Cöôøn

g ñ

oä t

ín h

ieäu

tö

ôn

g ñ

oái

Thôøi gian (ms)

Thôøi gian (ms)

Môõ

Traéng Xaùm

CSF

Môõ ↑

Chaát Traéng

Chaát xaùm

↓

Laáy troïng soá maät ñoä spin (proton)

• Ñoä töông phaûn aûnh vôùi troïng soá maät ñoä spin chuû yeáu döïa vaøo ñoä khaùc bieät soá proton coù theå töø hoaù ñöôïc trong moãi theå tích moâ.

• Choïn TR töông ñoái daøi ñeå laøm cöïc tieåu ñoä khaùc bieät do T1.

• Choïn TE ngaén ñeå laøm cöïc tieåu ñoä khaùc bieät do T2.

• Moâ coù maät ñoä spin cao hôn (nhö môõ, dòch naõo tuûy) seõ cho cöôøng ñoä aûnh cao hôn.

Hoài phuïc doïc (T1) Phaân raõ ngang (T2) Cöôøng ñoä aûnh

Cöôøn

g ñ

oä t

ín h

ieäu

tö

ôn

g ñ

oái

Thôøi gian (ms)

Thôøi gian (ms)

CSF

Xaùm Môõ

Traéng

Môõ ↑

Chaát Traéng

Chaát xaùm

↓

Laáy troïng soá T2

• Taïo aûnh troïng soá T2 baèng caùch : duøng TR daøi ñeå giaûm thieåu aûnh höôûng cuûa T1, vaø duøng TE daøi hôn ñeå laøm noåi baät ñoä khaùc bieät T2 .

• So vôùi aûnh troïng soá T1, aûnh troïng soá T2 coù söï töông phaûn moâ ngöôïc laïi, vì moâ coù T1 ngaén thöôøng coù T2 ngaén, vaø moâ coù T1 daøi thöôøng coù T2 daøi.

Hoài phuïc doïc (T1)

Phaân raõ ngang (T2) Cöôøng ñoä aûnh

Cöôøn

g ñ

oä t

ín h

ieäu

tö

ôn

g ñ

oái

Thôøi gian (ms)

Thôøi gian (ms)

CSF

Xaùm

Traéng

Môõ

Môõ ↑

Chaát Traéng

Chaát xaùm

↓

Caùc tham soá Spin echo

• Töông phaûn T1: TR = 400-600 ms, TE = 5-30 ms

• Töông phaûn maät ñoä spin: TR = 1500-3000 ms, TE = 5-30 ms

• Töông phaûn T2 : TR = 1500-3000 ms, TE = 60-150 ms

• Trong caùc chuoãi spin echo qui öôùc, thöôøng thu thaäp ñöôïc caû tín hieäu maät ñoä spin vaø töông phaûn troïng soá T2 trong thôøi khoaûng TR baèng caùch thu 2 tín hieäu echo , moät vôùi TE ngaén vaø moät vôùi TE daøi.

Tín hieäu echo thöù 1

Tín hieäu echo thöù 2

Hoài phuïc ñaûo IR

• Hoài phuïc ñaûo, coøn goïi laø spin echo hoài phuïc ñaûo, laø laøm noåi baät thôøi gian hoài phuïc T1cuûa moâ baèng caùch keùo daøi gaáp ñoâi thôøi gian hoài phuïc doïc.

• Khôûi ñaàu, duøng moät xung 180o ñeå ñaûo töø hoaù doïc Mz veà –Mz .

• Sau moät thôøi gian ñaûo TI ( time of inversion) , duøng xung 90o ñeå quay spin Mz

( ñaõ hoài phuïc moät phaàn) veà maët phaúng ngang ñeå phaùt tín hieäu FID .

• Phaùt moät xung 180o taïi thôøi ñieåm TE/2 ñeå taïo ra moät tín hieäu echo taïi thôøi ñieåm TE.

• Bieân ñoâ echo cuûa moâ phuï thuoäc vaøo TI, TE, TR, vaø ñoä lôùn Mz.

• Cöôøng ñoä tín hieäu gaàn ñuùng nhö sau :

)21)(( 11 // TTRTTIH eevfS −− +−∝ ρ

Hoài phuïc ñaûo IR (tt)

Xung kích thích

180o

Xung ñoïc 90o

Xung 180o

taùi ñoàng pha

Xung kích thích

180o

Caùc xung RF

Tín hieäu ra

Hoài phuïc ñaûo (T1) Phaân raõ ngang (T2)

Môõ

Traéng

Xaùm

CSF

Môõ

Cöôøng ñoä

aûnh

Chaát Traéng

Chaát xaùm

Thôøi gian (ms)

Thôøi gian (ms)

Xung 90o

Xung 180o

Thôøi gian ñaûo

Cöôøng ñoä tín hieäu phuï thuoäc vaøo T1 ( vôùi TE ngaén)

Ñoä töông phaûn phuï thuoäc vaøo TI

Dòch naõo tuûy CSF

Hoài phuïc ñaûo (tt)

• Chuoãi hoài phuïc ñaûo taïo ra töø hoaù doïc“aâm”, neân coù töø hoaù ngang aâm (luùc ñoàng pha) hoaëc döông (luùc leäch pha) khi duøng TI ngaén.

• Caùc tín hieäu thöïc ñöôïc maõ hoaù theo 1 trong 2 caùch : – Duøng moät tín hieäu ñoä lôùn (giaù trò tuyeät

ñoái ) (magnitude signal) laøm leäch caùc giaù trò Mz aâm veà caùc giaù trò döông.

– Duøng moät tín hieäu pha (phase signal) giöõ cho töø hoaù doïc naèm trong khoaûng töø –Mz to Mz

Hoài phuïc ñaûo tau ngaén (short tau inversion recovery)

• Hoài phuïc ñaûo tau ngaén, hay STIR, laø chuoãi xung duøng TI raát ngaén vaø xöû lyù tín hieäu ñoä lôùn.

• Caùc chaát coù T1 ngaén seõ coù cöôøng ñoä tín hieäu thaáp hôn (ngöôïc vôùi aûnh T1 chuaån)

• Moïi moâ ñeàu ñi qua bieân ñoä zero (Mz = 0), goïi laø ñieåm nhuùn (bounce point ) hay ñieåm “zero” cuûa moâ.

• Neáu choïn TI ñuùng coù theå loaïi tröø moät tín hieäu moâ cho saün (nhö môõ chaúng haïn)

Hoài phuïc ñaûo giaûm dòch (FLAIR)

• Duøng TI daøi hôn ñeå giaûm möùc tín hieäu dòch naõo tuûy vaø cuûa caùc moâ coù T1 daøi

• Choïn TI taïi hoaëc gaàn ñieåm “zero” cuûa dòch naõo tuyû ñeå laøm giaûm tín hieäu dòch naõo tuûy vaø caùc caáu truùc coù nöôùc.

Ñoä lôùn cuûa MZ (T1)

Phaân raõ ngang (T2)

Cöôøng ñoä aûnh

Thôøi gian ñaûo (TI)

Ñieåm nhuùn

Ñoä töông phaûn

CSF

Xaùm

MôõThôøi gian

(ms) Thôøi gian

(ms)

MôõXaùm

CSF

MôõChaát xaùm

Dòch naõo tuûy CSF

Phaûn hoài echo baèng gradient (GRE)

• Kyõ thuaät GRE (gradient recalled echo) duøng moät töø tröôøng doác (gradient töø) ñeå taïo tín hieäu echo , thay vì duøng xung 180o .

• GRE laø kyõ thuaät laøm leäch pha vaø taùi ñoàng pha cho quaù trình suy giaûm caûm öùng töï do FID.

• Ñoä sai bieät töø tröôøng vaø caûm öùng moâ ñöôïc nhaán maïnh trong GRE

Cuøng dieän tích , phaân cöïc ngöôïc nhau

Laøm taùi ñoàng pha baèng gradient

Laøm leäch pha baèng gradient

Heä quay

GRE vaø Goùc leäch

• Duøng goùc leäch töø vaøi ñoä ñeán > 90o ñeå coù ñoä töông phaûn mong muoán.

• Vôùi TR ngaén, duøng goùc leäch nhoû hôn vì coù ít thôøi gian ñeå kích thích heä spin, vaø taïo ra töø hoaù ngang lôùn hôn vì ñoä töø hoaù hình thaønh nhanh trong maãu moâ.

• Töông phaûn moâ trong chuoãi xung GRE phuï thuoäc vaøo TR, TE, vaø goùc leäch.

Bieâ

n ño

ä tín

hie

äu ñ

aõ c

huaå

n ho

aù

:Ñ

oä tö

ø ho

aù n

gang

Goùc leäch

Goùc leäch

GRE vôùi TR daøi (>200 ms)

• Vôùi chuoãi GRE coù TR ”daøi” vaø goùc leäch > 45o, söï töông phaûn töông töï nhö chuoãi spin echo.

• Khaùc bieät chính laø tín hieäu döïa treân töông phaûn T2

* chöù khoâng phaûi T2 . • Veà giaûi thích laâm saøng, cô cheá töông

phaûn T2* khaùc vôùi T2, ñaëc bieät vôùi caùc

chaát töông phaûn MRI. • TE daøi coù theå cho thaáy ñoä khaùc bieät

giöõa T2* vaø T2

Quay ñeàu vôùi TR ngaén (<50 ms)

• Goùc leäch taùc duïng chuû yeáu ñeán troïng soá töông phaûn cuûa aûnh. – Goùc leäch nhoû – troïng soá maät ñoä

spin laø quan troïng nhaát. – Goùc leäch trung bình – ñoä töông phaûn

phuï thuoäc ñoä khaùc bieät tæ soá T2/T1 giöõa caùc moâ.

– Goùc leäch lôùn – ñoä töông phaûn phuï thuoäc troïng soá T2

* vaø T1 ; taêng TE seõ taêng ñoä töông phaûn T2

* trong aûnh.

Ghi hình coâng höôûng töø (II)

Thu döõ lieäu “Khoâng gian K”Vaø taùi taïo aûnh

Ma traän khoâng gian K

• Khôûi ñaàu , döõ lieäu MR ñöôïc löu trong ma traän khoâng gian k, thuoäc mieàn taàn soá (“frequency domain”)

• Caùc truïc toaï ñoä coù ñôn vò laø chu kyø / ñôn vò khoaûng caùch.

• Moãi truïc ñoái xöùng quanh taâm khoâng gian k, naèm trong khoaûng töø –fmax tôùi +fmax

• Caùc tín hieäu taàn soá thaáp ñöôïc löu quanh goác khoâng gian k vaø caùc tín hieäu taàn soá cao ñöôïc löu ra xa hôn töø goác ra ngoaïi vi.

Ma traän K (tt)

• Döõ lieäu mieàn taàn soá ñöôïc maõ hoaù theo höôùng kx baèng FEG, vaø theo höôùng ky baèng PEG trong haàu heát caùc chuoãi xung.

• Ñoä gia taêng taàn soá khoâng gian thaáp nhaát laø baêng taàn qua moãi phaàn töû aûnh (pixel)

Khoâng gian k (chu kyø/khoaûng caùch) Khoâng gian aûnh (vò trí) Aûnh (giaù trò thang xaùm)

Thu döõ lieäu 2 D

• Döõ lieäu MR thu ñöôïc laø moät daïng soùng taàn soá toång hôïp, phöùc taïp.

• Vôùi bieän phaùp bieán ñoåi PEG trong moãi ñôït thu döõ lieäu, ma traän k ñöôïc chöùa ñaày ñeå taïo ra caùc ñoä khaùc bieät theo caùc höôùng maõ hoaù taàn soá vaø pha nhö mong muoán.

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

1. Aùp duïng xung kích thích RF baêng taàn heïp ñoàng thôøi vôùi gradient choïn laùt moâ (SSG)

• Ñoä haáp thuï naêng löôïng phuï thuoäc bieân ñoä vaø thôøi khoaûng cuûa xung RF luùc coäng höôûng.

• Töø hoaù doïc ñoåi thaønh töø hoaù ngang, ñoä lôùn phuï thuoäc ñoä baûo hoaø cuûa caùc spin vaø goùc leäch do kích thích.

• Goùc leäch 90o taïo ra töø hoaù ngang cöïc ñaïi.

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

2. Aùp duïng gradient maõ hoaù pha (PEG) trong moät thôøi khoaûng ngaén ñeå taïo söï khaùc bieät pha giöõa caùc spin doïc theo höôùng maõ hoaù pha.

• Taïo moät soá aûnh chieáu “view” döõ lieäu doïc theo truïc ky, öùng vôùi cöôøng ñoä PEG

3. Caáp xung taùi tuï pha 180o sau thôøi gian treã TE/2 ñöôïc choïn.

Ñaûo chieàu caùc spin vaø taùi laäp ñoàng pha töø haù ngang ñeå hình thaønh echo taïi thôøi ñieåm TE

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

4. Trong thôøi gian hình thaønh vaø suy giaûm theo sau, aùp duïng gradient maõ hoaù taàn soá (FEG) tröïc giao vôùi caû 2 höôùng gradient choïn laùt moâ vaø gradient maõ hoaù pha.

• Maõ hoaù caùc taàn soá quay theo khoâng gian doïc theo gradient ñoïc döõ lieäu.

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

5. Ñoàng thôøi vôùi vieäc aùp duïng FEG vaø hình thaønh echo, maùy tính duøng boä chuyeån ñoåi Töông töï – Soá (analog-to-digital converter (ADC) ) ñeå thu nhaän tín hieäu mieàn thôøi gian .

• Toác ñoä laáy maãu do ñoä roäng baêng taàn kích thích xaùc ñònh.

• Bieán ñoåi Fourier moät chieàu seõ ñoåi döõ lieäu soá thaønh caùc giaù trò taàn soá rôøi raït vaø caùc bieân ñoä töông öùng.

• Caùc taàn soá quay xaùc ñònh vò trí doïc theo höôùng ñoïc döõ lieäu kx.

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

6. Döõ lieäu ñöôïc löu vaøo ma traän khoâng gian k theo moät haøng, ñöôïc ñònh rieâng bôûi cöôøng ñoä PEG luùc kích thích.

• Söï gia taêng cöôøng ñoä PEG töøng böôùc trong suoát thôøi gian ghi hình seõ tröõ ñaày ma traän theo töøng haøng moät.

• Coù theå thu döõ lieäu maõ hoaù pha khoâng theo trình töï lieân tieáp ñeå tröõ ñaày khoâng gian k ñuùng theo yeâu caàu cuûa xeùt nghieäm (chaúng haïn, ôû taàn soá thaáp, vuøng trung taâm cuûa khoâng gian k)

• Sau khi tröõ ñaày ma traän, caùc coät mang caùc ñoä pha khaùc nhau tuøy theo vò trí doïc theo höôùng maõ hoaù pha ky .

Ma traän thu 128x128

Caùc xung RF

Bieán ñoåi

Fourier 2D

Gradient choïn laùt caét Gradient maõ hoaù pha

Gradient maõ hoaù taàn soá Tín hieäu MR

Laëp laïi vôùi PEG khaùc nhau cho moãi TR

Khoâng gian k mieàn taàn soà Khoâng gian aûnh mieàn khoâng gian

Thu döõ lieäu

7. Bieán ñoåi ngöôïc Fourier 2D seõ giaûi maõ thoâng tin mieàn taàn soá doïc theo caùc haøng vaø roài doïc theo caùc coät cuûa khoâng gian k.

8. Aûnh cuoái cuøng laø moät bieåu dieãn baèng thang xaùm phaân boá maät ñoä proton trong khoâng gian, T1, T2, vaø ñaëc tröng doøng cuûa moâ…

• Moãi nguyeân toá aûnh (pixel) bieåu dieãn moät nguyeân toá theå tích (voxel); ñoä daøy ñöôïc xaùc ñònh bôûi cöôøng ñoä gradient choïn laùt moâ vaø ñoä roäng baêng taàn RF.

Phaân ñoaïn khoâng gian K

• Vuøng trung taâm khoâng gian k ( caùc taàn soá khoâng gian thaáp hôn) chuû yeáu bieåu dieãn thoâng tin caáu truùc.

• Thoâng tin gaàn taâm khoâng gian k cho ñoä töông phaûn giöõa caùc vuøng dieän tích lôùn trong aûnh.

• Caùc vuøng ngoaøi hôn trong khoâng gian k ñoùng goùp vaøo ñoä phaân giaûi vaø chi tieát.

Ghi hình nhieàu aûnh phaúng 2D

• Coù theå thu aûnh caùc maët phaúng theo truïc daøi (axial) , tröôùc sau (coronal), phaûi – traùi (sagittal) , hay nghieâng (oblique) baèng caùch aùp duïng thích hôïp caùc cuoän gradient trong luùc ghi hình.

• Gradient choïn laùt caét xaùc ñònh höôùng cuûa caùc laùt caét :– Axial : duøng caùc cuoän truïc z– Coronal : duøng caùc cuoän truïc y– Sagittal : duøng caùc cuoän truïc x– Ghi hình maët nghieâng phuï thuoäc vaøo toå

hôïp 2 hoaëc nhieàu hôn caùc cuoän gradient aùp duïng ñoàng thôøi.

Thôøi gian ghi hình

• Thôøi gian Tac caàn ñeå ghi moät aûnh baèng :

• Tac = TR x Nh x Nex

• Trong ñoù Nh laø soá böôùc maõ hoaù pha ( baèng soá haøng cuûa ma traän aûnh) ; Nex laø soá laàn kích thích

• hay soá laàn thu tín hieäu laëp laïi ñeå laáy trung bình

• trong khoaûng thôøi gian moät TR.• Moät chuoãi Spin echo ñeå thu moät aûnh coù ma

traän aûnh 256 x 192 vôùi 2 laàn thu tín hieäu trong moãi böôùc maõ hoaù pha vôùi TR = 600 ms seõ maát moät thôøi gian ghi hình laø 3.84 phuùt .

• Khi duøng caùc pixel khoâng vuoâng, höôùng maõ hoaù pha thöôøng ñaët doïc theo kích thöôùc nhoû cuûa ma traän aûnh.

Tac = TR x Nh x Nex

Thu döõ lieäu ña laùt caét

• Duøng caùc phöông phaùp ghi hình ña laùt caét laøm giaûm ñaùng keå thôøi gian ghi hình trung bình cho moãi laùt caét.

• Trong moät thôøi khoaûng TR, coù theå kích thích choïn loïc vaøi laùt moâ ñeå taän duïng heát thôøi gian cheát trong luùc chôø hoài phuïc doïc ôû moät laùt moâ ñaëc tröng.

• Kyõ thuaät treân caàn tuaàn hoaøn taát caû gradient vaø hieäu chænh xung kích thích RF nhieàu laàn trong thôøi khoaûng TR.

Laëp laïi

Laùt caét :

• Toån soá laùt caét laø haøm cuûa TR, TE, vaø caùc giôùi haïn cuûa thieát bò :

• Toång soá laùt caét = TR/(TE +TC)• C laø haèng soá phuï thuoäc khaû naêng

thieát bò (toác ñoä maùy tính, khaû naêng gradient, tuaàn hoaøn RF, v.v.)

• Caùc ghi hình TR daøi nhö maät ñoä proton vaø T2 cho nhieàu laùt caét hôn caùc chuoãi T1 coù TR ngaén.

Thu döõ lieäu ña laùt caét (tt)

Toång hôïp döõ lieäu

• Pheùp “toång hôïp” döõ lieäu lôïi duïng ñaëc ñieåm ñoái xöùng vaø dö thöøa cuûa caùc tín hieäu mieàu taàn soá trong khoâng gian k.

• Pheùp ghi hình moät nöûa döõ lieäu coäng theâm moät haøng cuûa khoâng gian k cho pheùp aûnh xaï qua göông döõ lieäu “phöùc hôïp” ñeå tröõ ñaày phaàn coøn laïi cuûa ma traän .

• Giaûm gaàn ½ thôøi gian ghi hình • Baát lôïi laø SNR bò giaûm vaø deã coù xaûo

aûnh.

Döõ lieäu thu : ½ ma traän + 1 haøng

Döõ lieäu phöùc hôïp ñöôïc toång

hôïp

Ghi hình spin echo nhanh (FSE)

• Kyû thuaät FSE duøng nhieàu böùc maõ hoaù pha keát hôïp vôùi nhieàu xung taùi tuï pha 180o trong moãi thôøi khoaûng TR ñeå taïo ra moät chuoãi ñeán 16 echo

• Moãi echo nhaän caùc löôïng maõ hoaù pha khaùc nhau öùng vôùi caùc haøng khaùc nhau trong khoâng gian pha.

• Caùc ñieåm gaàn taâm khoâng gian k thu ñöôïc töø caùc echo ñaàu tieân seõ cho tæ soá SNR toát nhaát.

Chuoãi echo = 4TE hieäu duïng = 16 ms

Khoâng gian k

TE hieäu duïng

Ghi hình hoài phuïc ñaûo

• Maõ hoaù taàn soá vaø pha töông töï nhö chuoãi xung spin echo.

• Vì TR khaù daøi, coù theå ghi hình vaøi laùt caét trong khoái theå tích quan taâm.

• Thöôøng duøng caùc choãi xung STIR ( hoài phuïc ñaûo tau ngaén ) vaø FLAIR (hoài phuïc ñaûo giaûm dòch ).

Kích thích 180o

Ñoïc 180o

Xung tuï pha

180o

Kích thích 180o

Ghi hình gradient echo (GRE)

• Töông töï nhö chuoãi spin echo chuaån , söû duïng pheùp ñaûo gradient ñoïc ra thay cho xung 180o.

• Vôùi goùc leäch nhoû vaø ñaûo gradient , TR vaø TE giaûm ñaùng keå ñeå coù theå ghi hình nhanh; khaû naêng ghi hình ña laùt caét ñöôïc thoaû hieäp.

• Aùp duïng xung phaân cöïc ngöôïc PEG ñeå duy trì quan heä pha giöõ caùc xung.

Gradient phaân cöïc ngöôïc

Ghi hình gradient echo GRE (tt)

• Thôøi gian ghi hình GRE ñöôïc tính theo cuøng heä thöùc nhö trong kyõ thuaät Spin echo.

• Chuoãi gradient-echo cho moät ma traän aûnh 256 x 192, soá trung bình laø 2 , vaø TR = 30 ms, thôøi gian ghi hình khoaûng 15.5 sec

• Caùc thoaû hieäp bao goàm : ñoä giaûm SNR, xaûo aûnh do ñoä caûm töø , tính nhaïy vôùi ñoä khoâng ñoàng nhaát cuûa töø tröôøng.

Ghi hình Echo Planar (EPI) • Ghi hình EPI cho thôøi gian ghi hình cöïc

nhanh. • Trong EPI ñôn shot (single-shot EPI), ghi

hình thöôøng baét ñaàu vôùi moät goùc leäch chuaån 90o , roài aùp duïng moät gradient PEG/FEG ñeå baét ñaàu thu döõ lieäu trong vuøng ngoaïi vi khoâng gian k data, tieáp theo laø moät xung taïo echo 180o.

• Ngay sau ñoù, aùp duïng lieân tuïc moät gradient ñoïc dao ñoäng vaø caùc “blip” gradient maõ hoaù pha ñeå kích thích taïo echo vaø tröõ ñaày nhanh khoâng gian k theo kieåu töøng böôùc.

TE hieäu duïng

• Aûnh EPI thöôøng coù SNR raát thaáp, ñoä phaân giaûi thaáp, vaø nhieàu xaûo aûnh.

• Kyõ thuaät cho khaû naêng ghi aûnh nhanh thôøi gian thöïc (“snapshot”) vôùi toång thôøi gian ghi hình ≤ 50 ms.

• Noåi leân nhö moät coâng cuï laâm saøng ñeå nghieân cöùu caùc quaù trình sinh lyù phuï thuoäc thôøi gian vaø ghi hình chöùc naêng .

Ghi hình EPI (tt)

Ghi hình coäng höôûng töø (III)

Ghi hình Fourier 3DÑaëc tröng aûnh - Xaûo aûnh

Ghi hình Fourier 3D (3DFT)

• Ghi hình 3D (ghi hình khoái ) caàn duøng moät baêng taàn, xung RF khoâng choïn loïc ñeå kích thích ñoàng thôøi moät theå tích lôùn caùc spin. Aùp duïng 2 gradient pha theo höôùng choïn laùt caét vaø höôùng maõ hoaù pha, tröôùc khi aùp duïng gradient maõ hoaù taàn soá (ñoïc).

Ñaúng höôùng

Baát ñaúng höôùng

Maõ hoaù laùt caét(Pha # 1)

Maõ hoaù laùt caét(Pha # 1)

Maõ hoaù pha (Pha # 2)

Maõ hoaù taàn soá

• Thôøi gian ghi hình baèng : • Tac = TR x Nz x Ny x Nex

• Trong ñoù Nz laø soá böôùc maõ hoaù pha truïc z , Ny laø soá böôùc maõ hoaù pha truïc y, Nex laø soá laàn thu döõ lieäu ñeå laáy trung bình tín hieäu.

• Aùp duïng moät bieán ñoåi Fourier 3 chieàu (3 bieán ñoåi Fourier 1 chieàu) cho moãi coät , haøng , truïc ñoä saâu trong “khoái” ma traän.

• Caùc khoái coù theå ñaúng höôùng hoaëc khoâng ñaúng höôùng.

Ghi hình 3D FT (tt)

• Duøng moät TR chuaån 600 ms vôùi 1 trung bình cho moät xeùt nghieäm T1, moät khoái 128 x 128 x 128 caàn 163 phuùt.

• Caùc chuoãi xung GRE vôùi TR = 50 ms ghi cuøng aûnh trong khoaûng 15 phuùt.

• SNR cao so vôùi aûnh 2D töông töï, cho pheùp taùi taïo caùc laùt moâ raát moûng roõ chi tieát (trung bình theå tích rieâng phaàn ít)

• Ñieåm yeáu : taêng xaùc xuaát xaûo aûnh do chuyeån ñoäng vaø taêng yeâu caàu phaàn cöùng maùy tính.

Ghi hình 3D FT (tt)

Ñaëc tröng aûnh

• Cô sôû ñaùnh giaù ñaëc tröng aûnh MR goàm :

- Ñoä phaân giaûi khoâng gian – Ñoä nhaïy töông phaûn. – Tham soá SNR (tæ soá tín hieäu/nhieãu)

Ñoä phaân giaûi khoâng gian

• Ñoä phaân giaûi khoâng gian phuï thuoäc vaøo :– Tröôøng nhìn FOV, xaùc ñònh côû pixel.– Cöôøng ñoä tröôøng gradient, xaùc ñònh

FOV– Ñaëc tröng cuoän thu ( ñaàu, thaân, caùc

thieát keá cuoän beà maët khaùc nhau…) – Baêng taàn laáy maãu. – Ma traän aûnh.

• Caùc kích thöôùc ma traän aûnh thoâng duïng laø: 128 x 128, 256 x 128, 256 x 192, vaø 256 x 256

• Noùi chung , MRI cho ñoä phaân giaûi khoâng gian gaàn töông ñöông vôùi CT – Caùc kích thöôùc pixel töø 0.5 tôùi 1.0 mm duøng

cho vaät coù ñoä töông phaûn cao vaø tröôøng FOV töông ñoái lôùn (>25 cm)

• Ghi hình FOV nhoû vôùi caùc cöôøng ñoä gradient cao vaø caùc cuoän daây beà maët, kích thöôùc pixel hieäu duïng coù theå nhoû hôn 0.1 tôùi 0.2 mm

• Ñoä daøy laùt caét thöôøng töø 5 to 10 mm– Kích thöôùc taïo ra hieäu öùng trung bình theå

tích rieâng phaàn nhaát

Ñoä phaân giaûi khoâng gian (tt)

• Nam chaâm cöôøng ñoä tröôøng cao cho SNR lôùn hôn. – Coù theå ghi hình laùt caét moûng hôn vôùi cuøng

SNR. – Caûi tieán ñoä phaân giaûi baèng caùch giaûm

hieäu öùng theå tích rieâng phaàn. • Ñoä haáp thuï RF taêng leân (laøm noùng)• Xaûo aûnh taêng leân vaø T1 daøi hôn.

– Giaûm ñoä nhaïy töông phaûn T1 vì taêng baûo hoaø töø hoùa doïc.

Ñoä phaân giaûi khoâng gian (tt)

Ñoä nhaïy töông phaûn• Ñoä nhaïy töông phaûn MR giuùp phaân

bieät caùc moâ meàm vaø töông phaûn do doøng maùu.

• Taïo ra do söï khaùc bieät T1,T2, maät ñoä spin, vaø ñaëc tröng vaän toác doøng.

• Aùp duïng ñuùng caùc chuoãi xung seõ thu ñöôïc ñoä töông phaûn phuï thuoäc caùc thoâng soá treân.

• Caùc chaát töông phaûn MR trôû neân quan troïng ñeå phaân bieät moâ laønh vaø moâ beänh.

• Ñoä nhaïy töông phaûn tuyeät ñoái chuû yeáu bò giôùi haïn bôiø SNR vaø caùc xaûo aûnh.

Tæ soá tín hieäu – nhieãu (SNR)

uction)f(reconstr gap) f(slice

f(B) f(QF) BW

NEX voxel SNR ,,

××

××××∝ zyxI

Tæ soá SNR (tt)

• Caùc phöông phaùp thu döõ lieäu vaø taùi taïo aûnh ñeå taêng SNR :

• - Caùc phöông phaùp ghi hình ñieåm (point).

• - Caùc phöông phaùp ghi hình ñöôøng (line).– Caùc phöông phaùp bieán ñoåi Fourier 2D. – Caùc phöông phaùp bieán ñoåi Fourier 3D.

• Trong moãi kyõ thuaät neâu treân, theå tích moâ ñöôïc kích thích laø yeáu toá chính goùp phaàn naâng cao SNR vaø chaát löôïng aûnh.

Xaûo aûnh(Artifacts)

• Xaûo aûnh hieån thò caùc cöôøng ñoä döông hoaëc aâm khoâng ñaïi dieän chính xaùc cho caáu truùc ñöôïc ghi hình.

• Moät soá thì töông ñoái voâ nghóa vaø deã nhaän bieát ; moät soá khaùc thì che daáu hoaëc giaû caùc quaù trình beänh hoïc hay caáu truùc.

• Ñöôïc phaân loaïi theo 3 laõnh vöïc chính : do maùy, do beänh nhaân, vaø do xöû lyù tín hieäu.

Xaûo aûnh do thieát bò (Machine-dependent artifacts)

• Caùc sai bieät töø tröôøng do nhieãu loaïn toaøn boä hay cuïc boä daãn ñeán moâ taû sai caùc moâ trong aûnh , vaø laøm T2 nhanh hôn.

• Laép ñaët maùy ñuùng, nam chaâm töï che chaén, cheâm töï ñoäng, vaø caùc qui trình baûo döôõng döï phoøng giuùp laø giaûm caùc sai bieät töø tröôøng.

• Söû duïng kyõ thuaät ghi hình GRE laøm taêng yeâu caàu ñoàng nhaát töø tröôøng.

Caùc sai bieät töø tröôøng cuïc boä

(Local field inhomogeneities)• Caùc chaát saét töø beân trong hoaëc treân

beänh nhaân (chaúng haïn, ñoà trang söùc, vaät caáy gheùp kim loaïi , boä phaän giaû, keïp phaãu thuaät, raêng giaû) seõ laøm meùo daïng tröôøng.

• Caùc phaùt hieän thöôøng gaëp laø : moâ taû sai phaân boá proton, dòch vò trí, vaø khoâng tín hieäu… Caùc chaát daãn ñieän khoâng saét töø ( nhoâm chaúng haïn) laøm meùo daïng tröôøng gaây nhieãu loaïn moâi tröôøng töø.

Xaûo aûnh do caûm öùng (Susceptibility artifacts)

• Caùc thay ñoåi maïnh veà ñoä caûm öùng seõ laøm meùo töø tröôøng.

• Caùc thay ñoåi thöôøng xaõy ra nhaát taïi caùc maët tieáp giaùp xöông – khoâng khí ( nhö phoåi vaø xoang), laøm maát tín hieäu do caùc spin maát ñoàng pha nhanh hôn (T2

*) taïi giao dieän moâ- khoâng khí.

Xaûo aûnh do tröôøng gradient

(Gradient field artifacts)• Caùc thuaät toaùn taùi taïo thöôøng giaû

ñònh caùc gradient töø tröôøng laø tuyeán tính, lyù töôûng.

• Moïi bieán thieân hay baát oån theo thôøi gian ñöôïc hieån thò nhö moät meùo daïng.

• ÔÛ vuøng bieân FOV cöôøng ñoâ töø tröôøng thöôøng thaáp hôn.– Caáu truùc bò neùn laïi– Ñaëc bieät thaáy roõ trong caùc aûnh coronal hay

sagittal vôùi FOV lôùn ( >35 cm)

Thöïc

Lyù töôûng

Neùn caáu truùc

• CöÏc tieåu hoaù ñoä meùo khoâng gian: – Giaûm FOV baèng caùch taêng cöôøng

ñoä tröôøng gradient, hoaëc – Giöõ khoâng ñoåi cöôøng ñoä tröôøng

gradient vaø soá maãu nhöng giaûm baêng taàn.

Xaûo aûnh do tröôøng gradient

(Gradient field artifacts)

Xaûo aûnh do cuoän RF (Radiofrequency coil artifacts)

• Caùc cuoän beà maët laøm bieán thieân ñoä ñoàng nhaát do suy giaûm RF, leäch RF, vaø giaûm ñoä nhaïy theo khoaûng caùch

• Tín hieäu maïnh gaàn vôùi cuoän beà maët; söï suy giaûm theo khoaûng caùch taïo ra boùng môø vaø maát ñoä saùng aûnh– Söï maát caân baèng trong caùc boä khueách ñaïi

duøng vôùi cuoän töù cöïc RF taïo ra ñieåm saùng trong taâm aûnh.

• Caùc bieán thieân veà ñoä lôïi vôùi caùc cuoän töù cöïc coù theå taïo ra boùng môø cuûa vaät theo ñöôøng cheùo trong aûnh.

Xaûo aûnh do RF (Radiofrequency artifacts)

• Caùc tín hieäu RF töø ngoaøi truyeàn vaøo anten MRI coù theå taïo ra caùc xaûo aûnh khaùc nhau trong aûnh.

• Nhieãu daõi heïp taïo ra caùc hình nhieãu thaúng goùc vôùi höôùng maõ hoaù pha.

• Nhieãu RF daõi roäng laøm nhieãu loaïn aûnh treân moät dieän roäng hôn vôùi caùc xaûo aûnh khueách taùn, hình xöông caù trích (hình chöõ chi) laøm giaûm ñoä töông phaûn.

• Thieát keá laép ñaët vaø caùc vaät lieäu che chaén RF laøm giaûm nhieãu RF töø beân ngoaøi ñeán möùc thaáp chaáp nhaän ñöôïc.

Xaûo aûnh RF (tt)(RF artifacts)

• Trong ghi hình ña laùt caét, neáu caùc xung RF khoâng coù daïng chöõ nhaät thì naêng löôïng cuûa chuùng seõ kích thích vaø baûo hoaø caùc proton trong caùc laùt caét keá caän.

• Treân caùc aûnh T2, nhieãu qua laïi giöõa caùc laùt caét keá caän seõ laøm giaûm SNR.

• Treân caùc aûnh T1, söï quaù baûo hoaø spin seõ laøm giaûm ñoä töông phaûn aûnh baèng caùch laøm giaûm hoài phuïc doïc trong thôøi khoaûng TR.

• Kyõ thuaät ghi hình xen keû caùc laùt caét coù theå laøm giaûm kích thích cheùo baèng caùch xeáp caùc laùt caét thaønh 2 nhoùm vôùi caùc khoaûng hôû.

Profile”sinc” Profile toái öu hoaù baèng maùy tính

Profile “hình chöõ nhaät

”

Khoaûng troáng giöõa

caùc laùt caét

Xen keû

Vuøng choàng laép

Sai soá do khoâng gian K (K-space errors)

• Caùc sai soá do maõ hoaù khoâng gian k aûnh höôûng ñeán aûnh ñöôïc taùi taïo, vaø laøm choàng caùc daïng soùng leân khaép tröôøng nhìn.

• Moät pixel hoûng taïo ra moät xaûo aûnh ñaùng keå.

• Neáu bieát ñöôïc caùc pixel hoûng trong khoâng gian k, coù theå laøm giaûm ñaùng keå caùc xaûo aûnh baèng caùch tính trung bình tín hieäu trong caùc pixel keá caän.

Pixel hoûng trong khoâng gian k

Aûnh ñöôïc taùi taïo

Xaûo aûnh do chuyeån ñoäng

(Motion artifacts)• Caùc xaûo aûnh hieän roõ khaép nôi trong

MRI. • Sinh ra do chuyeån ñoäng töï yù, voâ yù ,

vaø doøng chaûy (maùy, dòch naõo tuûy )• Phaàn lôùn xaõy ra doïc theo höôùng maõ

hoaù pha, vì caùc haøng proton maõ hoaù pha keá nhau ñöôïc phaân caùch baèng thôøi khoaûng TR keùo daøi khoaûng 3.000 ms hoaëc laâu hôn.

• Chuyeån ñoäng nheï coù theå laøm thay ñoåi caùc ñoä sai bieät pha thu ñöôïc töø FOV thoâng qua chuoãi ghi hình MR.

Gradient maõ hoaù taàn soá

Gradient maõ hoaù pha

• Moät soá phöông phaùp buø tröø chuyeån ñoäng :– Laáy coång ñieän tim hoaëc hoâ haáp. – Trình töï maõ hoaù pha döïa vaøo chu kyø

hoâ haáp – Tính trung bình tín hieäu ñeå giaûm xaûo

aûnh do chuyeån ñoäng ngaãu nhieân.– Neân ghi hình vôùi caùc chuoãi spin echo

TE ngaén (aûnh maät ñoä spin vaø T1 ). Ghi aûnh troïng soá T2 vôùi TE daøi seõ nhaïy caûm vôùi chuyeån ñoäng hôn.

Xaûo aûnh do chuyeån ñoäng

(Motion artifacts)

Khoâng duøng coång

Tín hieäu ECG

Vaän toác

Duøng coång ECG

Tín hieäu ECG

Vaän toác

Xaûo aûnh do dòch hoùa hoïc(Chemical shift artifacts)

• Söï chaén töø noäi taïi cuûa caùc caáu truùc cô theå laøm bieán ñoåi taàn soá coäng höôûng. – Do caáu truùc phaân töû vaø ñaëc tröng quyõ

ñaïo electron. • Caùc phöông phaùp thu döõ lieäu khoâng

theå phaân bieät moät ñoä dòch taàn soá laø do aùp duïng gradient maõ hoaù taàn soá hay do xaûo aûnh hoaù hoïc. – Khaùc bieät giöõa nöôùc vaø môõ khoâng theå

nhaän ra baèng ñoä leäch taàn soá do gradient taïo ra.

Dòch hoaù hoïc

Môõ, ñoä leäch 3-4 ppmSilicon, ñoä leäch ~5 ppm

Môõ

Nöôùc

Taàn soá

Môõ

Nöôùc Nöôù

c

Môõ

NöôùcMôõ

Aûnh T1TR = 450 ms , TE

=14 ms

Aûnh T1 baûo hoaø môõTR = 667 ms , TE = 8 ms

• Cöôøng ñoä gradient lôùn seõ giôùi haïn dòch chuyeån hoùa hoïc trong phaïm vi pixel. – SNR suy giaûm ñaùng keå khi aùp duïng xung RF

baêng thoâng roäng cho moät ñoä daøy laùt caét cho saün.

• Coù theå choïn caùc thoâng soá cuûa chuoãi STIR ñeå loaïi tröø caùc tín hieäu do môõ taïi “ñieåm nhuùn”(“bounce point”)

• Hoaùn vò gradient maõ hoaù pha vaø taàn soá coù theå ñoåi choã caùc aûnh dòch hoaù hoïc töø moät vuøng aûnh chuyeân bieät.

Xaûo aûnh do dòch chuyeån hoùa hoïc (tt)

(Chemical shift artifacts)

Xaûo aûnh ñöôøng bieân (Ringing artifacts)

• Xaõy ra gaàn caùc ranh giôùi döùt khoaùt vaø caùc nôi chuyeån tieáp töông phaûn cao trong aûnh.

• Hieån thò ôû daïng nhieàu daõi tín hieäu song song, caùch ñeàu, saùng toái xen keû, môø daàn theo khoaûng caùch.

• Nguyeân nhaân laø do laáy maãu khoâng ñuû ñoái vôùi caùc taàn soá cao voán coù taïi caùc ñieåm giaùn ñoaïn tín hieäu.

• Duøng kích thöôùc ma traän soá nhoû hôn thì thích hôïp hôn.

• Thöôøng xaõy ra taïi caùc ranh giôùi xöông soï/naõo, nôi coù böôùc chuyeån tieáp lôùn veà bieân ñoä tín hieäu.

Vật chữ nhật Biên dốc trong ảnh MR

Tổng hợp tần số của vật ( hàm điều hoà) :

256 (dọc ) x 128 (ngang )

“ ringing”

Xảo ảnh cuộn quanh (Wraparound artifacts)

• Hiển thị sai cấu trúc trong lát cắt nằm ngoài FOV

• Thường bị dịch qua vị trí đối diện của ảnh.• Gây ra do các gradient không tuyến tính

hoặc lấy mẫu với tần số chưa đủ cao so với các tần số thấp có trong đường bao tín hiệu. – Tần suất lấy mẫu phải gấp đôi tần số cực đại có

trong vật (giới hạn lấy mẫu Nyquist )

Tần suất lấy mẫu

Cuộn quanh

• Theo hướng mã hoá tần số có thể áp dụng một bộ lọc thấp qua (low pass filter) vào tín hiệu miền thời gian thu được để loại trừ các tần số ngoài tần số Nyquist.

• Theo hướng mã hoá tần số , có thể làm giảm các xảo ảnh “aliasing” bằng cách tăng số bước mã hoá pha. – Thỏa hiệp là thời gian ghi hình tăng.

Xảo ảnh cuộn quanh (tt)(Wraparound artifacts)

Xảo ảnh thể tích riêng phần (Partial volume artifacts)

• Xãy ra từ kích thước voxel trong đó tín hiệu được lấy trung bình.

• Làm mất chi tiết và độ phân giải không gian.

• Có thể làm giảm xảo ảnh thể tích riêng phần bằng cách dùng pixel nhỏ hơn và/hay lát cắt mỏng hơn.

• Với cùng thời gian ghi hình, SNR của voxel nhỏ hơn sẽ bị giảm, tín hiệu bị nhiễu hơn và độ nhạy tương phản thấp kém hơn.

Ghi hình cộng hưởng từ (IV)

Chuïp maïch Thieát bò

Ñaûm baûo chaát löôïng

Chụp mạch cộng hưởng từ(Magnetic Resonance Angiography)

• Tín hiệu từ máu phụ thuộc độ bảo hoà tương đối của các mô xung quanh và dòng máu đến trong mạch.

• Trong thể tích đa lát cắt, sự kích thích lặp lại của của mô và máu làm các spin bảo hoà một phân , phụ thuộc đặc trưng T1 và TR của chuỗi xung.

• Máu ở ngoài thể tích ghi hình không tương tác với các kích thích RF. – Các spin chưa bảo hoà đi vào thể tích ghi hình; tạo ra

tín hiệu lớn so với máu trong thể tích ( tăng cường do dòng)

Thể tích ghi hình

Các spin chưa bảo hoà: tín hiệu cao

Tăng cường dòng

Các spin tiền bảo hoà: tín hiệu bằng nhau

Tiền bảo hoà dòng

Các xung tiền bảo hoà

Tiền bảo hoà dòng(Flow presaturation)

• Trong một số trường hợp, nếu không muốn tăng cường dòng thì có thể loại trừ bằng cách áp dụng các xung “tiền bảo hoà” vào các thể tích ngay trước và sau thể tích ghi hình.

• Cũng có thể dùng xung tiền bảo hoà để làm giảm các xảo ảnh chuyển động do các mô kế cận ngoài thể tích ghi ảnh gây ra.

Mất tín hiệu dòng (Flow-related signal loss)

• Mất tín hiệu dòng xãy ra khi dòng đi nhanh qua lát mô bị kích thích, nhưng không nhận đủ xung tái tụ pha 180o, tạo một khoảng trống dòng. – Máu xuất hiện đen trong ảnh.

Chụp mạch thời gian bay TOF (Time-of-flight angiography)

• Đánh dấu máu trong một vùng và ghi hình trong một vùng khác.

• Phân biệt máu chảy với các mô dừng bao quanh.

• Thực hiện đánh dấu bằng bảo hoà spin, đảo, hoặc hồi phục để thay đổi từ hoá dọc của máu đang chảy.

• Quá trình thấm máu được đánh dấu và thể tích ghi hình phụ thuộc T1, vận tốc, và chiều của máu.

Chụp mạch thời gian bay TOF (tt)(Time-of-flight MRA)

• Khoảng ghi hình giới hạn bởi độ bảo hoà cuối cùng của máu được đánh dấu.

• Khó hiển thị đồng thời các mạch dài trong thể tích 3D.

• Tập lát cắt 2D thường được ghi hình, nơi mà ngay cả máu chảy chậm cũng có thể đi vào kích thích RF trong các lát mô mỏng

• Mỗi lát được ghi tách biệt

• Có thể chọn máu đi một chiều bằng cách cấp xung bảo hoà cho lát mô kế trên hoặc dưới lát mô ghi hình.

• Có thể dùng lát cắt mỏng để giữ độ phân giải của ảnh dòng.

Chụp mạch thời gian bay TOF (tt)(Time-of-flight MRA)

Các ảnh TOF 2DCác ảnh

chiếu cường độ cực đại

Các góc chiếu Thể tích các ảnh 2D

Chụp mạch tương phản pha(Phase contrast angiography)

• Dực vào sự thay đổi pha xãy ra trong các proton di chuyển như máu.

• Một phương pháp dùng gradient lưỡng cực : – Một gradient phân cực dương tiếp theo là gradient thứ 2

phân cực âm, cách nhau bằng thời gian trễ ∆T

• Ghi hình lần 2 cho cùng view dữ liệu (cùng PEG) sẽ đảo phân cực các gradient lưỡng cực. – Các spin di chuyển được mã hoá bằng pha âm

– Các spin dừng hiển thị không đổi pha

Kích thích Kích thích

Kích thích #1 Kích thích #2 Pha dư

Các spin dừng :độ dịch pha = 0

Các spin di chuyển :độ dịch pha không zero

• Tröø kích thích 2 ra khoûi kích thích 1 seõ loaïi boû ñoä töø hoaù do spin döøng nhöng taêng cöôøng spin di ñoäng.

• Ñoä dòch pha lieân heä ñeán thôøi gian maõ hoaù vaän toác, ∆T, vaø vaän toác cuûa caùc spin trong theå tích bò kích thích.

• Ñoä sai bieät cöôøng ñoä phuï thuoäc ñoä dòch pha.

• Aûnh laø aûnh ñònh löôïng vaø coù theå öôùc löôïng vaän toác doøng maùu trung bình vaø höôùng .

Chụp mạch tương phản pha (tt)(Phase contrast angiography)

Ñoä lôùn aûnh Aûnh pha

Nam chaâm

• Laø quaû tim cuûa heä thoáng MRI • Tieâu chuaån hoaït ñoäng goàm : cöôøng

ñoä tröôøng, ñoä oån ñònh thôøi gian, vaø ñoä ñoàng nhaát tröôøng.

• Caùc tham soá aûnh höôûng bôûi thieát keá nam chaâm: – Caùc nam chaâm loõi khoâng khí.

• Caùc cuoän daây hình truï; töø tröôøng chính song song vôùi truïc daøi cuûa hình truï – naèm ngang

Caùc nam chaâm loõi raén :• Nam chaâm vóng cöûu hay nam chaâm ñieän ; tröôøng

chính chaïy giöõa caùc cöïc nam chaâm – ñöùng

Tröôøng ngoaøi môû roäng

Tröôøng ngoaøi ñöôïc giôùi haïn

Nam chaâm coù trôû khaùng (Resistive magnet)

• Haàu heát coù thieát keá loõi raén • Duøng nguoàn ñieän lieân tuïc ñeå taïo töø

tröôøng • Cöôøng ñoä tröôøng töø 0.1 T tôùi 0.3 T• Taét ñieän khi khaån caáp • Tieâu hao ñieän cao; ñoä ñoàng nhaát

tröôøng töông ñoái keùm. • Thieát keá “Môû” ñeå beänh nhaân khoâng

sôï haõi• Caùc tröôøng beân ngoaøi nam chaâm chính

ñöôïc giôùi haïn toát hôn.

Nam chaâm sieâu daãn(Superconductive magnet)

• Thöôøng duøng caáu hình nam chaâm ñieän loõi khoâng khí .

• Cöôøng ñoä töø tröôøng cao (laâm saøng : 0.3 T tôùi 3.0 T clinical systems; nghieân cöùu : 4.0 T tôùi 7.0 T)

• Ñoä ñoàng nhaát tröôøng cao • Chi phí ban ñaàu cao, duøng chaát laøm

laïnh, khoù taét nam chaâm chính luùc caáp cöùu, tröôøng ngoaøi cao.

• Daäp taét khoâng ñöôïc ñieàu khieån coù theå laøm soâi noå chaát loûng vaø laøm hoûng caùc cuoän nam chaâm.

Helium loûng

Nitrogen loûng

Chaân khoâng caùch ly

Caùc cuoän RF

Caùc cuoän Shim Caùc cuoän

Gradient

Caùc cuoän sieâu daãn

Thieát bò phuï tuøng (Ancillary equipment)

• Caùc cuoän Shim (hieäu chænh töø tröôøng chính; taêng ñoä ñoàng nhaát trong theå tích trung taâm )

• Caùc cuoän Gradient • Caùc cuoän RF (taïo tröôøng B1; thu nhaän

töø hoaù ngang )• Kieåm soaùt caùc giao dieän, nguoàn RF,

detector, vaø boä khuyeách ñaïi, boä chuyeån ñoåi A-D, boä laäp trình xung, maùy tính, nguoàn caáp ñieän cho gradient, hieån thò aûnh.

Cuoän daõy pha

Cuoän

daây

Keát hôïp

Nguoàn caáp ñieän

cho Shim

Löu tröõ döõ lieäu

Baøn ñieàu khieãn

Maùy tính chuû

Laäp trình xung Quaûn

lyùÑieàu khieån

Boä phaùt vaø

thu RF

Boä soá hoaù & xöû lyù

aûnh

Boä soá hoaù &

xöû lyù aûnh

Laäp trình xung

Gradient

Nam chaâm

Nguoàn caáp ñieän

Gradient

Baøn beänh nhaân

Ñoàng hoà

Laép ñaët nam chaâm (Magnet siting)

• Beänh nhaân coù maùy taïo nhòp hay caùc keïp tuùi phình saét töø phaûi traùnh caùc tröôøng ngoaøi treân 0.5 mT; caùc boä taêng cöôøng aûnh, maùy gamma camera , vaø TV maøu bò aûnh höôûng nghieâm troïng bôûi caùc tröôøng ngoaøi < 0.3 mT

• Kieåm soaùt haønh chaùnh caùc töø tröôøng ngoaøi laø 0.5 mT (5 G), caàn tieáp caän coù kieåm soaùt caùc vuøng vöôït quaù möùc treân.

• Laøm ngaét caùc tröôøng ngoaøi coù theå laøm giaûm ñoä ñoàng nhaát trong theå tích ghi hình

Coù che chaén

Khoâng che chaén

Khoaûng caùch truïc (cm)

Caùc ñöôøng söùc tröôøng beân ngoaøi, nam chaâm sieâu daãn 1.5T

Kh

oaû

ng

caù

ch x

uye

ân

ta

âm

(cm

)

Ñöôøng söùc tröôøng ngoaøi 0.5mT, nam chaâm sieâu daãn

Khoaûng caùch truïc (cm)

Khoâng che chaén

Kh

oaû

ng

caù

ch x

uye

ân

ta

âm

(cm

)

Che chaén

Kieåm soaùt chaát löôïng (Quality control)

• Phaûi kieåm tra ñònh kyø caùc thaønh phaàn thieát bò MRI : – Cöôøng ñoä töø tröôøng. – Ñoä ñoàng nhaát töø tröôøng – Cheâm töø heä thoáng. – Ñoä tuyeán tính cuûa Gradient– Hieäu chænh RF heä thoáng – Toái öu hoaù cuoän thu. – Caùc nguoàn nhieãu moâi tröôøng. – Nguoàn caáp ñieän. – Thieát bò ngoaïi vi – Caùc heä ñieàu khieån.

Kieåm soaùt chaát löôïng (Quality control)

• Phaûi kieåm tra ñònh kyø caùc thaønh phaàn thieát bò MRI : – Cöôøng ñoä töø tröôøng. – Ñoä ñoàng nhaát töø tröôøng – Cheâm töø heä thoáng. – Ñoä tuyeán tính cuûa Gradient– Hieäu chænh RF heä thoáng – Toái öu hoaù cuoän thu. – Caùc nguoàn nhieãu moâi tröôøng. – Nguoàn caáp ñieän. – Thieát bò ngoaïi vi – Caùc heä ñieàu khieån.

Caáu hình Phantom

Löôùi tuyeán tính khoâng gian

Caùc chuaån phöông höôùng

Tieát dieän löôùi vuoâng

Xaûo aûnh Sai soá töù cöïc

Xaûo aûnh Sai soá töù cöïc

Tæ soá tín hieäu – nhieãu Taàn soá coäng höôûng

Tieát dieän phaúng