Ý nghĩa của các chuỗi xung của cộng hưởng từ trong chẩn đoán bệnh lý thần kinh trung ương

Đại cương

Sơ lược về nguyên lý cộng hưởng từ

MRI dựa trên sự cộng hưởng của nguyên tử hydro trong cơ thể con người khi đặt trong một từ trường mạnh và được kích hoạt bởi sóng có tần số radio (RF – radio frequency). Nguyên tử hydro luôn có trong thành phần của phân tử nước mà nước chiếm 70 – 80% trọng lượng cơ thể. Do đó có thể nói, ở đâu có nước là ở đó có tín hiệu MRI. Nguyên lý tạo ảnh trên MRI có thể ví như hiện tượng cộng hưởng khi ta đánh đàn guitar. Để thu được hình ảnh MRI, cần phải có đủ 5 yếu tố sau:

• Đưa bệnh nhân vào trong một từ trường mạnh (tương tự như khối không khí sẵn có trong thùng đàn).
• Dùng các cuộn dây (coil) để phát sóng RF vào cơ thể bệnh nhân dưới dạng xung ngắt quãng, để tạo ra sự cộng hưởng của tổ chức (giống như động tác gảy đàn).
• Tại thời điểm ngừng phát sóng RF (giữa hai xung), cơ thể bệnh nhân cộng hưởng và phát ra tín hiệu (tương tự như khi ngừng đánh đàn, khối không khí trong thùng đàn vẫn dao động, cộng hưởng và phát ra âm thanh).
• Tiếp tục dùng các cuộn phát sóng RF (coil) để thu tín hiệu. Thông qua thuật toán chuyển đổi Fourier, tín hiệu cộng hựởng được chuyển thành hình ảnh (tương tự như âm thanh phát ra từ thùng đàn được truyền đến tai người nghe hay được thu lại và khuếch đại qua âm ly).

Hình 8.106. Nguyên lý cộng hưởng từ
So sánh nguyên lý tạo ảnh trên MRI với hiện tượng cộng hưởng khi đánh đàn guitar.

Ưu nhược điểm của MRI so với CT

Cần khẳng định rằng cả MRI và CT đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.

– Ưu điểm của MRI so với CT như sau:

• Độ phân giải của hình ảnh cao hơn so với CT, độ phân giải hình ảnh của CT không cao đặc biệt đối với tổ chức phần mềm, do đó CT khó chẩn đoán các tổn thương có kích thước nhỏ, ví dụ tổn thương xơ hóa rải rác trong não, nhồi máu thân não, tổn thương não trong bệnh đái tháo đường… Tổn thương não ở vùng nền sọ trên CT đôi khi khó chẩn đoán do nhiễu ảnh (artifact).
• Có thể tạo ảnh trên cả ba bình diện (cắt ngang, đứng dọc và đứng ngang) với chất lượng như nhau.
• Không hại cho bệnh nhân, có thể chụp cho cả phụ nữ có thai.
• Với những máy có từ trường cao và phần mềm mạnh, có thể chụp mạch máu não mà không cần tiêm thuốc đối quang từ.
• Bệnh nhân không cần chuẩn bị gì đặc biệt (không cần nhịn ăn…), thời gian chụp không quá dài (20 – 30 phút).
• Nhược điểm của MRI so với CT.Scan

Tuy nhiên so với CT, MRI cũng có một số nhược điểm sau:

• MRI chống chỉ định cho những bệnh nhân có kim loại trong người như máy tạo nhịp, còn phương tiện kết xương, vết thương hỏa khí..,
• Thời gian chụp dài hơn CT nên không thích hợp với bệnh nhân vật vã, kích thích.

Một số khái niệm cơ bản về tín hiệu MRI

• Để chẩn đoán bản chất của tổ chức bằng MRI, người ta thường dựa vào độ sáng tối và độ tương phản của tổ chức so với các mô lân cận. Khi mô tả độ sáng tôi của tổ chức và của dịch, người ta thường dùng khái niệm cường độ tín hiệu, ví dụ như:

+ Cường độ tín hiệu cao = màu trắng

+ Cường độ tín hiệu trung bình= màu xám

+ Cường độ tín hiệu thấp = màu đen

• Ngoài ra có thể so sánh một cách tương đối cường độ tín hiệu của vùng chúng ta quan tâm với các tổ chức lân cận, ví dụ như:

+ Tăng tín hiệu (hyperintense) = sáng hơn vùng mà chúng ta so sánh

+ Đồng tín hiệu (isointense) = cùng độ sáng với vùng mà chúng ta so sánh

+ Giảm tín hiệu (hypointense) = sẫm màu hơn vùng mà chúng ta so sánh.

Ý nghĩa của các chuỗi xung trong chẩn đoán các bệnh lý thần kinh trung ương

Trong chụp cắt lớp vi tính, để chẩn đoán bản chất tổn thương cần dựa vào tỷ trọng. Chụp MRI lại dựa vào tính chất tín hiệu (tăng, giảm hay đồng tín hiệu so với tổ chức xung quanh). Các xung RF có tần số khác nhau sẽ tạo ra sự cộng hưởng khác nhau và do đó thu được các hình ảnh có cường độ tín hiệu, độ sáng tối và độ tương phản tổ chức khác nhau. Trước tiên, có hai chuỗi xung cơ bản là T1 w và T2W, chữ w ở đây có nghĩa là “thiên về” (weighted) T1 hay T2.

Xung T1W

T1W là chuỗi xung dùng để tạo ảnh các cấu trúc giải phẫu, tương tự như hình ảnh của CT. Ảnh T1W có đặc điểm tín hiệu như sau (hình 8.107):

• Dịch (ví dụ như dịch não tủy): có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).
• Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).
• Não:

+ Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

+ Chất trắng: Có cường độ tín hiệu cao hơn so với chất xám.

Hình 8.107. Ảnh T1W của một lát cắt ngang (axial) của não

Dịch não tủy màu đen

Chất xám màu xám

Chất trắng cường độ tín hiệu cao hơn so với chất xám

Xung T2W

Hình ảnh T2W có đặc điểm tín hiệu như sau (hình 8.108):

• Dịch (ví dụ như dịch não – tủy): có cường độ tín hiệu cao (màu trắng)
• Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).
• Não:

+ Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

+ Chất trắng: có cường độ tín hiệu thấp hơn so với chất xám.

Hình 8.108. Ảnh T2W của một lát cắt ngang (axial) của não cho thấy dịch não – tủy màu trắng.

Ngoài các chuỗi xung cơ bản T1W, T2W, hiện nay còn có rất nhiều chuỗi xung khác như PD, FLAIR, SPIR hay STIR (xung xóa mỡ), myelography (chụp tủy sống), PCA hay inflow (chụp mạch máu), perfusion (tưới máu), diffusion (khuếch tán), VISTA (chụp đám rối thần kinh cánh tay), phổ MRI, MRI chức năng… Các chuỗi xung của MRI có thể ví như những nốt nhạc góp phần tạo nên bản nhạc, bản nhạc mô tả tâm trạng con người giống như các chuỗi xung giúp xác định bản chất của tổ chức.

Chuỗi xung xoá mỡ

Chuỗi xung xóa mở là một tinh chỉnh dựa trên chuỗi xung T1W, dùng để ức chế tín hiệu quá sáng của mỡ. Có một vài chuỗi xung xoá mỡ (SPIR, STIR…) nhưng đều cho kết quả như sau. Chuỗi xung xóa mỡ thường được dùng trong ba trường hợp:

• Trựờng hợp phổ biến nhất là khi tiêm thuốc đối quang từ, xóa mỡ giúp cho mô ngấm thuốc xuất hiện nổi bật.
• Trong trường hợp muốn phát hiện phù nề trong tổ chức phần mềm, nơi có nhiều mỡ; xoá mỡ sẽ làm cho tín hiệu của dịch nổi bật.
• Trong trường hợp tổn thương nghi là mỡ, muốn chẩn đoán xác định cần sử dụng chuỗi xung này, tổn thương sẽ mất đi nếu là mỡ.

Chuỗi xung xóa dịch

Khi muốn quan sát quầng phù nề trong nhu mô não mà không bị ảnh hưởng bởi dịch não – tuỷ quá sáng, chúng ta cần dùng chuỗi xung ức chế dịch não – tuỷ (T2 FLAIR). Nếu nhìn thoáng qua, ảnh FLAIR hơi giống như ảnh T1W, tức là dịch não – tuỷ màu tối. Cách tốt nhất để phân biệt hai loại ảnh này là nhìn vào chất xám và chất trắng: T1W có chất xám tối hơn chất trắng, T2W (dù có hay không ức chế nước) sẽ có chất trắng tối hơn chất xám.

Chuỗi xung mật độ proton (proton density= PD)

Nguyên lý của MRI dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân của proton (các ion hydro) cho nên tín hiệu MRI thực tế phản ánh mật độ proton; PD là chuỗi xung trung gian, có đặc điểm của cả T1 và T2. Chuỗi xung PD trước đây hay được sử dụng cho não, tuy nhiên gần đây chúng được thay thế bởi chuỗi xung FLAIR. Hiện nay, chuỗi xung PD thường được dùng để phân biệt tín hiệu của dịch, sụn trong và sụn xơ, do đó dùng chủ yếu trong chẩn đoán bệnh lý khớp. Đặc điểm tín hiệu trên ảnh PD như sau:

• Dịch (ví dụ như dịch khớp, dịch não – tủy): có cường độ tín hiệu cao (màu trắng)
• Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).
• Sụn trong: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Sụn xơ: có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).

Chuỗi xung nhậy (T2*)

Dùng để phát hiện máu, các sản phẩm của máu hoá giáng hoặc calci. Chuỗi xung này (thường được gọi tắt là xung T2*) rất nhậy cảm với những thay đổi nhỏ ở từ trường khu vực. Nhậy cảm nhất trong số những chuỗi xung này là SWI (susceptibility weighted imaging) dùng để phân biệt calci và máu.

Chuỗi xung nhậy cảm dòng chảy

MRI có một ưu điểm lớn là có khả năng tạo ảnh dòng chảy sinh lý (ví dụ như dòng máu) mà không cần dùng thuốc đối quang đường tĩnh mạch. Điều này cho phép chụp được hình ảnh động mạch, tĩnh mạch và dòng chảy dịch não – tủy (hình 4; 5; 6; 7).

MR tưới máu

Lượng máu chảy vào tổ chức có thể phát hiện và định lượng được một cách tương đối thông qua các giá trị như lưu lượng máu qua não (CBV – cerebral blood volume), dòng máu chảy qua não (CBF – cerebral blood flow) và thời gian máu qua não (MTT – mean transit time). Những giá trị này dùng để đánh giá một số tình trạng bệnh lý như xác định vùng tranh tối tranh sáng trong đột qụy thiếu máu cục bộ, đánh giá độ mô học của u hoặc phân biệt vùng hoại tử do tia xạ với tổ chức u đang phát triển.MR tưới máu

Chuỗi xung khuếch tán

MRI khuếch tán dùng để đánh giá sự di chuyển dễ dàng của các phân tử nước trong một tổ chức (chủ yếu là dịch ngoại bào), ngoài ra còn cho phép quan sát bên trong tế bào (ví dụ như khối u), sự trương phình tế bào (ví dụ như thiếu máu cục bộ) và phù nề.

Đặc điểm hình ảnh MRI khuếch tán là:

• Dịch (ví dụ như dịch não – tủy): không hạn chế khuếch tán.
• Mô mềm (cơ, các tạng đặc, não): khuếch tán trung gian.
• Mỡ: mất ít tín hiệu do chứa ít nước.

Thông thường chụp MRI khuếch tán sẽ thu được ba loại hình ảnh: DWI, ADC và B = 0.

Hình ảnh khuyếch tán (DWI)

DWI (diffusion weighted imaging) hay bản đồ T2W đẳng hướng là sự kết hợp các giá trị khuếch tán thực với tín hiệu T2.

Đây là loại hình ảnh có độ phân giải tương đối thấp với các đặc điểm sau:

• Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Chất trắng: hơi giảm tín hiệu so với chất xám.
• Dịch não – tuỷ: có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).
• Mỡ: Rất ít tín hiệu do chứa ít nước.
• Các mô mềm khác: cường độ tín hiệu trung bình (màu xám)

Tổn thương trong các bệnh lý cấp tính (đột qụy thiếu máu cục bộ, khối u tế bào, viêm nhiễm cấp) thường tăng tín hiệu trên MRI khuếch tán, biểu thị sự khuếch tán hạn chế. Tuy nhiên có một phần hình ảnh thu được từ tín hiệu T2 dọ độ một số mô sáng trên T2 sẽ sáng trên hình ảnh DWI mà thực tế không có khuếch tán hạn chế bất thường.

Bản đồ Hệ số khuếch tán (ADC maps)

Bản đồ hệ số khuếch tán (ADC – apparent diffusion coefficient maps) là hình ảnh đặc trưng cho các giá trị khuếch tán thực của các mô mà không có tác dụng của T2. Do đó chúng là phép đo hữu ích và khách quan hơn giá trị khuếch tán, tuy nhiên hình ảnh không được rõ nét. Về cơ bản chúng là những hình ảnh DWI đảo ngược thang xám.

Đặc điểm tín hiệu trên ADC như sau:

• Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Chất trắng: hơi tăng tín hiệu so với chất xám.
• Dịch não – tủy: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).
• Mỡ: Rất ít tín hiệu do chứa ít nước.
• Các mô mềm khác: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).
• Bệnh lý cấp tính (đột qụy thiếu máu cục bộ, khối u tế bào, viêm nhiễm cấp) thường giảm tín hiệu, biểu thị sự khuếch tán hạn chế.

Hình ảnh B = 0

Dùng để tính toán các giá trị ADC.

Chúng là những hình ảnh T2W với một chút hiệu ứng nhạy cảm.

Chụp MRI đường dẫn truyền thần kinh (tractography)

Chụp MRI đường dẫn truyền thần kinh dựa trên nguyên lý: khi nựớc ở trong môi trường tự do (dịch não – tủy), phân tử nước khuếch tán ngẫu nhien theo các chiều như nhau – khuếch tán đẳng hướng. Tuy nhiên, trong tổ chức, đặc biệt là tổ chức thần kinh, phân tử nước chỉ khuếch tán theo những chiều nhất định, cụ thể là khuếch tận theo chiều của các sợi hay bó dẫn truyền thần kinh – khuếch tán bất đẳng hướng. Trong nhồi máu não, nhu mô não bị tổn thương kèm theo hiện tượng phù độc tế bào, sự khuếch tán của phân tử nước mất tính bất đẳng hướng và MRI khuếch tán có thể phát hiện sớm tổn thương này, kể cả trong giai đoạn tối cấp, khi hình ảnh CT hoàn toàn bình thường hoặc chỉ thay đổi một cách kín đáo. Những nghiên cứu trên thực nghiệm cho thấy, MRI khuếch tán có thể phát hiện vùng thiếu máu, mới chỉ xảy ra trong vòng vài phút, trong khi không quan sát thấy trên phim CT.Scan (hình 8.113).

Hình 8.113. Ảnh MRI khuếch tán

Ổ nhồi máu não ờ vùng thái dương phải, sát thành của não thất bên,
tuy nhiên trên CT không thấy được vùng tổn thương.

Chụp đường dẫn truyền thần kinh (fiber track) dựa trên sự khuếch tán bất đẳng hướng của phân tử nước trong các bó thần kinh có chứa myelin, do đó cho phép chụp các đường dẫn truyền trong hệ thống thần kinh trung ương. Khi đường dẫn truyền bị tổn thương (nhồi máu não, xuất huyết não, u não…), nước sẽ không khuếch tán theo chiều của các bó dẫn truyền, do đó tạo thành hình ảnh gián đoạn của các bó thần kinh (hình 8.114).

Hình 8.114. Ảnh chụp bó dẫn truyền thần kinh của một bệnh nhân
BN Lê Mạnh T., 62 tuổi, liệt nửa người phải do xuất huyết não vùng thái dương trái. MRI khuếch tán: Hình ảnh bó tháp bên trái (Fiber 01) bị tổn thương thể hiện bằng số lượng sợi (lines), số lượng điểm ảnh (voxels), chiều dài (length), hệ số khuếch tán từng phần (FA) giảm so với bên đối diện (Fiber 06)

Tiêm thuốc đối quang từ

Chất đối quang thường dùng nhất trong MRI là gadolinium. Ở nồng độ sử dụng, chất này có tác dụng làm tăng tín hiệu trên ảnh T1 (nên đôi khi nhầm lẫn gọi là xung T1 rút ngắn). Chất đối quang được tiêm tĩnh mạch với liều từ 5 đến 15ml, chụp MRI được tiến hành sau tiêm vài
phút. Mô bệnh lý (u hay các vùng viêm nhiễm) sẽ bắt thuốc đối quang (do các mạch máu bị tổn thương, rò rỉ) và sáng hơn so VỚI các mô xung quanh. Thường các chuỗi xung T1 có tiêm thuốc cũng là các chuỗi xung xóa mỡ với mục đích là quan sát tổn thương được dễ dàng hơn.

Tiêm đối quang từ thường được tiến hành trên xung T1W bởi vì trên nền tối, tổn thương ngấm thuốc đối quang sẽ bắt màu sáng, dễ so sánh hình ảnh trước và sau tiệm, dễ phát hiện tổn thương. Nếu tiêm trên hình ảnh T2W thì sẽ khó phân biệt tổn thương bắt thuốc có màu sáng và nước trên ảnh T2W.

MR phổ

Các hợp chất khác nhau tương tác với từ trường của máy MRI cũng khác nhau, do đó có thể định lượng chúng ở một vùng mô nhất định thông qua MRI phổ. Các hợp chất này đặc trưng cho từng loại tổ chức, giúp chẩn đoán và phân độ u, giúp chẩn đoán phân biệt u và áp- xe.

MRI chức năng

Bộ não con người điều khiển dòng máu qua nó rất chặt chẽ và theo từng khu vực. Vùng não nào hoạt động thì dòng máu qua đó sẽ tăng cường và điều này có thểphát hiện được băng MRI chức năng. Bằng các kích thích vận động, cảm giác, thị giác, thính giác… mà chúng ta có thể ghi được hoạt động của các vùng não tương ứng.

Chuỗi xung VISTA

Chuỗi xung này dùng để chụp các đám rối thần kinh như đám rối thần kinh cánh tay, đám rối thắt lưng (hình 8.115).

Hình 8.115. Hình ảnh MRI đám rối thần kinh cánh tay của một bệnh nhân.

Đứt hoàn toàn thân thần kinh các rễ C6, C7, C8 bên phải (mũi tên)
phía ngoài lỗ ghép, rễ C5 còn nguyên vẹn, rễ Th1 phù nề)

Hình ảnh MRI trong đột quỵ

Đột qụy nhồi máu

Hình ảnh MRI nhồi máu não thay đổi phụ thuộc vào giai đoạn của bệnh: tối cấp (dưới 6 giờ), cấp (6 – 48 giờ), bán cấp (48 giờ – 3 tuần) và mạn tính (trên 3 tuần). Trong giai đoạn tối cấp, cấp và bán cấp, nhìn chung tổn thương là một vùng giảm tín hiệu trên ảnh T1W và tăng tín hiểu trên ảnh T2W, T2W FLAIR Trong giai đoạn mạn tính, vùng tổn thương giảm tín hiệu mạnh trên ảnh T1W và tăng tín hiệu mạnh trên ảnh T2W, riêng trên ảnh T2W FLAIR tín hiệu có thể tăng hoặc giảm. Dấu hiệu choán chỗ thường xuất hiện trong tuần đầu và giảm dần theo thời gian. Vùng nhồi máu rộng thường hay gặp dấu hiệu choán chỗ nhưng mức độ ít hơn so với u não và áp – xe não. Nhồi máu ổ khuyết thường do tổn thương các động mạch xuyên, đó là những ổ giảm tín hiệu trên ảnh T1 w và tăng tín hiệu trên ảnh T2W, khu trú ở vùng bao trong và các nhân xám trung ương hoặc cạnh thân hai não thất bên, đường kính nhỏ hơn 10-15 mm. Trên một bệnh nhân có thể gặp nhiều ổ khuyết với các giai đoạn cũ mới khác nhau (hình 8.116).

Hình 8.116. Hình ảnh MRI của một bệnh nhân đột qụy não

Bệnh nhân Nguyễn Văn T., 69 tuổi, rối loạn thăng bằng. MRI: Tại bán cầu tiểu não phải thấy một vùng tăng tín hiệu trên ảnh T2W và giảm tín hiệu trên ảnh T1W, hình tam giác, đáy hướng ra ngoài, ranh giới rõ, đường giữa bị đè đẩy sang trái. MRA: Co thắt động mạch tiểu não trước-dưới bên phải (xuất phát từ động mạch nền).

Đột qụy chảy máu

Trong xuất huyết não, trên hình ảnh MRI máu hóa giáng thể hiện qua các giai đoạn sau (xem hình 8.116a): A: Hồng cầu chứa oxyhemoglobin (0) có tín hiệu tương đương với não trên cả ảnh T1W và T2W bắt đầu thoát mạch ra ngoài. B: Oxyhemoglobin của một số hồng cầu ở trung tâm biến thành deoxyhemoglobin (DE), có tín hiệu thấp trên ảnh T1W. Cục máu đông đựợc bao quanh bởi quầng phù não, có tín hiệu cao trên ảnh T2W. C: Đa số oxyhemoglobin biến đổi thành methemoglobin (MỊ, có tín hiệu cao trên cả ảnh T1W và T2W. Có thể vẫn còn tín hiệu thấp của DE ở trung tâm, quang phù não rộng hơn. D: Hồng cầu vỡ để lại năng xuất huyết chứa methemoglobin có tín hiệu cao trên cả ảnh T1W và T2W, quầng phù não tan đi. Đại thực bào (3 chấm) bao quanh các hốc chứa hạt hemosiderin (H), có tín hiệu thấp trên ảnh T2W và T1W. Hình ảnh này có thể tồn tại dai dẳng, thậm chí sau nhiều tháng.

Hình. 8.116. Các giai đoạn của máu hóa giáng

T2W axialTIW axialT2W coronal

T1 w sagittal                          Đa giác Willis

Hình 8.116b. Hình ảnh MRI và MRA Xuất huyết ở vùng bao trong bán cầu trái do tổn thương động mạch não giữa bên trái, đoạn M1.

(Bệnh nhân nữ, 65 tuổi, liệt nửa người phải)