ĐẠI CƯƠNG

Khái niệm về phương pháp

Tạo ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging hay MRI) là một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh được ứng dụng trong y học lâm sàng từ đầu thập kỷ 80 với tên gọi ban đầu là “Cộng hưởng từ hạt nhân” (magnetic resonance nuclear) vì các tín hiệu sinh ảnh bắt nguồn từ các hạt nhân nguyên tử hydrogen trong các mô cơ thể.

Do những lợi ích của kỹ thuật đối với chẩn đoán bệnh và tính không độc hại, công nghệ cộng hưởng từ đã phát triển rất nhanh cả về số lượng và chất lượng, ước tính đầu năm 1998 toàn thế giới đã có trên 9.000 hệ thống máy cộng hưởng từ , trong đó khu vực Bắc Mỹ có 4.500 và Nhật Bản có 3.400.

Những áp dụng chính của cộng hưởng từ là các bệnh lý sọ não, cột sống và tuỷ sống, cơ xương khớp. Hiện nay khám xét cộng hưởng từ đang ngày càng mở rộng cho các tạng bụng, lồng ngực và cả tim mạch; thời gian thăm khám ngày càng rút ngắn và chất lượng ảnh cũng nhanh chóng cải thiện nhờ các tiến bộ của điện tử – tin học. Một hướng mới là chẩn đoán bằng quang phổ cộng hưởng từ (spectroscopy) và tạo ảnh chức năng cũng đang trong thời kỳ phát triển mạnh.

Ở Việt Nam, hệ thống máy cộng hưởng từ đầu tiên dùng nam châm vĩnh cửu với từ lực 0,064 tesla (640 gauss) được lắp đặt tại Trung tâm MEDIC thành phố Hồ Chí Minh tháng 7 năm 1996 và hệ thống máy cộng hưởng từ đầu tiên nam châm siêu dẫn có từ lực 1,0 tesla (10.000 gauss) đã đưa vào sử dụng tại Bệnh viện Hữu nghị Hà Nội tháng 12 năm 1996.

Lược sử

Thời kỳ 1920 đến 1930, các vật lý gia tích cực nghiên cứu về từ tính riêng của hạt nhân nguyên tử, đặc biệt là nguyên tử hydrogen vì nó là hạt nhân đơn giản nhất, chỉ có 1 Năm 1924, Otto stern và Walter Gerlach đã chứng minh được sự tồn tại của một mô men từ bên trong nguyên tử. Sau đó Isidor Rabin và cộng sự đã xác định được điện tích trong các thành phần của hạt nhân nguyên tử là không đối xứng và công trình này đã dẫn đến thí nghiệm đầu tiên đo lường hiện tượng “cộng hưởng từ hạt nhân” (cộng hưởng từ hạt nhân là do I.Rabin đặt tên). Các phát minh nói trên đã đưa lại cho o.stern giải Nobel vật lý học năm 1943 và I.Rabin giải Nobel năm 1944.

Năm 1945, Felix Bloch và Edward Purcell đã thực hiện được việc đo lượng mô men từ các proton tại hai điểm khác nhau trên đất Mỹ. Thí nghiệm của hai ông cho thấy hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tố nhất định khi đặt chúng trong một từ trường, đã cộng hưởng với sóng radio và phát ra những tín hiệu có tần số Đặc tính của các tín hiệu này cung cấp những thông tin về thành phần hoá học của một chất. Nhờ phát minh trên, hai ông đã mô tả được những nguyên tắc của quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (cộng hưởng từ HN). Thành quả này đưa lại cho F.Bloch và E.Purcell giải Nobel vật lý học năm 1952. Kỹ thuật quang phổ cộng hưởng từ HN ngày càng phát triển và hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong các phòng phân tích hoá học.

Năm 1971, Raymond Damadian đã chứng minh được trên thực nghiệm là các tín hiệu cộng hưởng từ HN thay đổi theo hàm lượng nước chứa bên trong các mô tổ chức khác nhau và theo đó có thể phân biệt được mô lành và mô bệnh.

Cùng khoảng thời gian đó, Paul Lauterbur đã tạo được những ảnh cộng hưởng từ HN đầu tiên và ống gọi đó là một kỹ thuật tạo ảnh mới với tên là

Các tín hiệu cộng hưởng từ HN mang theo những thông tin về môi trường hoá học và vật lý học của hạt nhân những vị trí phát ra tín hiệu chưa xác định được. Để giải quyết vấn đề này P.Lauterbur đã ghép thêm vào từ trường chính một từ trường yếu hơn để tạo ra những bậc chênh lệch từ lực gọi là cuộn chênh từ (gradient coil). Các vị trí chênh từ này sẽ giúp định vị các tín hiệu và tạo ra hình ảnh.

Năm 1974, các nhà nghiên cứu ờ Trường Đại học Alberdeen (Anh) đã tạo được ảnh cộng hưởng từ HN của chuột, sau đó R.Damadian cũng tạo được ảnh của chuột và tiếp sau đó là lồng ngực người.

Năm 1980, nhóm nghiên cứu Nottingham (Anh) đã tạo được những ảnh có giá trị lâm sàng đầu tiên của não người. Ta thấy có sự trùng hợp là các ảnh chụp cắt lớp đầu tiên cũng là của não người, có thể do não là tạng tĩnh và do đó thời gian tạo ảnh dài cũng không gây ảnh hưởng đáng kể.

Hãng đầu tư sản xuất máy cộng hưởng từ HN trên thị trường đầu tiên là EMI (Anh) và đây cũng chính là hãng đầu tiên đã sản xuất máy chụp cắt lớp vi tính (CLVT). Khoảng giữa thập kỷ 80 nhiều hãng đã sản xuất được máy cộng hưởng từ HN. Cùng với sự phát triển các ứng dụng lâm sàng của kỹ thuật này, từ hạt nhân trong cụm từ cộng hưởng từ HN đã bị loại bỏ vì các nhà tiếp thị không muốn khách hàng có ý tưởng về sự liên quan của vũ khí hạt nhân với kỹ thuật tạo ảnh mới. Ngày nay tên gọi kỹ thuật máy này chỉ còn là tạo ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging) và quang phổ cộng hưởng từ (magnetic resonance spectroscopy).

Cộng hưởng từ hiện nay được sử dụng rộng rãi trong y học để nghiên cứu hệ thần kinh trung ương, cơ xương khớp và các hệ thống nội tạng khác, đồng thời với những ứng dụng trong lĩnh vực hoá sinh học.

NHỮNG ĐIỂM CƠ BẢN VỀ VẬT LÝ HỌC TRONG TẠO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ

• Muốn sử dụng có hiệu quả kỹ thuật cộng hưởng từ trong lâm sàng, các bác sĩ cần nắm được các nguyên tắc vật lý, hoá học của kỹ thuật, từ tính riêng của hạt nhân nguyên tử, hạt nhân bị tác động ra sao dưới tác động của sóng radio và quá trình sinh ra tín hiệu cộng hưởng từ .
• Các bước quan trọng nhất của một quá trình tạo ảnh gồm:

+ Bệnh nhân được đặt vào trong một từ trường.

+ Phát sóng radio vào người bệnh.

+ Tắt sóng radio.

+ Người bệnh phát ra tín hiệu.

+ Hệ thống ăng ten thu tín hiệu và tạo ảnh.

Trang bị kỹ thuật quan trọng của một hệ thống máy cộng hưởng từ

-Từ trường là một khối nam châm có phần trống ở giữa để có thể đặt bệnh nhân vào. Nhiều cuộn dây nhỏ được gắn thêm vào nam châm (shim coils) để tăng độ đồng nhất của từ trường. Các cuộn dây truyền sóng radio vào người bệnh và nhận tín hiệu từ bệnh nhân phát ra. Máy tính điện tử làm nhiệm vụ xử lý và hiển thị ảnh trên màn hình.

Hình 8.83. Từ trường hạt nhân nguyên tử hydrogen

(Hạt nhân nguyên tử hydrogen chỉ có 1 proton tự xoay quanh trục hạt nhân,
tạo ra 1 mô men từ (mũi tên chỉ hướng của mô men)

• Hầu hết các hệ thống máy cộng hưởng từ trong thực hành lâm sàng đều lấy hạt nhân của nguyên tố hydrogen làm cơ sở. Hạt nhân nguyên tử hydrogen chỉ có 1 proton tự xoay quanh trục hạt nhân, tạo ra một mômen từ, mũi tên chỉ hướng của mô men (hình 8.83).

Hydrogen là nguyên tố tham gia nhiều nhất trong mô cơ thể người (khoảng 1019 hạt nhân H/mm³); độ tập trung hydrogen ở mô cũng cao nhất (100mmol/kg) và mô men từ của hạt nhân H cũng mạnh nhất (mô men có nghĩa là từ lực theo hướng của từ trường). Những đặc tính riêng nói trên có phép tín hiệu của hạt nhân H mạnh gấp 1000 lần tín hiệu của hạt nhân các nguyên tố khác trong cơ thể. Trong lâm sàng, sự phân biệt các mô lành và mô bệnh, cộng hưởng từ phát hiện sự khác biệt tín hiệu nhờ thành phần nước trong mô (cũng tức là thành phần hydrogen của nước khác nhau) và vì vậy hydrogen được sử dụng trong kỹ thuật cộng hưởng từ .

Các mô cơ thể và từ trường hạt nhân

• Hạt nhân của một nguyên tử chứa neutron không mang điện tích và proton mang điện tích dương. Mọi proton đều tự quay trục của chính nó và tạo ra một từ trường riêng (theo định luật một điện tích hoặc dòng điện chuyển động sẽ sinh ra một từ trường). Mỗi proton, do đó, có một từ trường và từ trường được định hướng theo hai cực giống như một thanh nam châm. Trong hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố có số proton là số chẵn và số neutron cũng là số chẵn các mô men từ riêng của từng proton sẽ ghép đôi và triệt tiêu lẫn nhau; ngược lại hạt nhân của các nguyên tố có số proton hoặc số neutron là số lẻ đều có thể tham gia tạo ảnh cộng hưởng từ như natri 23 (11 proton, 12 neutron), phospho 31 (15 proton, 16 neutron), kali 39 (19 proton, 20 neutron).
• Trong mô cơ thể người khi ở điều kiện bình thường, các từ trường hạt nhân hydrogen định hướng phân tán tự do và vì vậy mô cơ thể không sinh ra được từ trường. Khi người bệnh ở trong một từ tường (khối nam châm của máy cộng hưởng từ ), từ trường ngoài này sẽ sắp xếp các từ trường riêng của các proton H trong mô theo hướng song song hoặc đối song song; khoảng 6 – 8 cho 1 triệu proton (hình 8.84), số chênh lệch này tạo ra 1 mô men từ đồng hướng với từ trường ngoài (M0) (hình 8.84a). Mô men từ nói trên của mô cơ thể rất khó có thể đo được vì cùng hướng với từ trường ngoài mà từ trường ngoài lại mạnh hơn rất nhiều lần.
• Khi hạt nhân H bị đặt trong một từ trường ngoài rất mạnh, proton tiếp tục xoay quanh trục nhưng hướng lúc này không còn phân tán tự do nữa mà chỉ có thể song song hoặc đối song song với từ trường ngoài (Bo) có trục là Chuyển động quay của proton lúc này có dạng đảo giống như chuyển động của chỏm con quay khi sắp đổ (chân giữ yên vị trí và chỏm đảo quanh trục giữa) gọi là chuyển động đảo (precession) (hình 8.85). Tần số đảo còn gọi là tần số Larmor của proton phụ thuộc vào hai yếu tố: loại nguyên tố hoá học và từ lực của từ trường ngoài.

Phương trình Larmor cho phép tính ra được tần số đảo nói trên:

ω = y.BO

ω = tần số đảo tính theo mega hertz

Y = tỷ số hồi chuyển từ của proton, trong trường hợp này là của hạt nhân hydrogen BO = từ lực của từ trường ngoài tính bằng tesla (1 tesla = 10.000 gauss)

Hình 8.84. Tác động của từ trường ngoài lên proton hydrogen

a: chuyển động của các từ trường hạt nhân hydrogen trong các mô cơ thể ở điều kiện điều kiện bình thường

b: khi đặt trong một từ trường ngoài

Hình 8.85. Từ trường ngoài gây ra các xác định tần số đảo của các proton H.

Chuyển động đảo giống như đỉnh con quay và tần số đảo được tính theo phương trình larmor

Tạo ra tín hiệu CHT

Khi biết được chính xác tần số đảo của một loại hạt nhân nguyên tử nhất định (trong các máy cộng hưởng từ là của hydrogen), người ta truyền vào mô cơ thể các xung sóng radio cùng tần số để tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ : các hạt nhân H đang đảo theo tần số Larmor bị kích thích bởi sóng radio cùng tần số sẽ hấp thu năng lượng của sóng radio và đổi hướng mô men từ của mô. Hiện tượng nói trên là cộng hưởng và vì vậy mang tên đầy đủ là cộng hưởng từ hạt nhân (cộng hưởng từ HN). Hướng từ hoá mô bị thay đổi tuỳ theo biên độ và độ dài của xung sóng radio phát ra. Khi hướng từ hoá lệch đi một góc 900 so với trục z của từ trường ngoài sẽ tạo ra một lượng từ hoá ngang tối đa (tại mặt phẳng XY) và một cuộn dây nhận tín hiệu đặt ở mặt phẳng XY sẽ đo được mô men từ hoá ngang của mô cơ thể một cách hiệu quả hơn nếu tìm cách đo tại hướng dọc (M0). Chuyển động đảo của mô men từ hướng ngang (Mxy) sinh ra một dòng điện (rất nhỏ) trong cuộn dây nhận tín hiệu. Đặc điểm của dòng điện (tín hiệu) này là biến thiên theo thời gian và đó chính là cơ sở của sự đo lường tín hiệu cộng hưởng từ (hình 8.86). Trong điều kiện bình thường, các proton H của mô cơ thể có hướng mômen từ của hạt nhân rất phân tán (A); khi đặt cơ thể
trong một từ trường mạnh (BO). Các proton H phải định hướng song song hoặc đối song song với BO và tạo ra một mô men chung MO (hình 8.86).

Hình 8.86: Sơ đồ quá trình sinh tín hiệu cộng hưởng từ của một thể tích mô

A. Cơ thể đặt trong từ trường BO sẽ sinh ra một từ trường MO

B. Phát xung radio 900, từ trường mô chuyển hướng thành Mxy

C. Từ trường Mxy tạo ra tín hiệu suy giảm tự do trong cuộn dây ăng ten quanh cơ thể.

• Sóng radio chỉ phát vào cơ thể dưới dạng những xung ngắn, giữa các xung là khoảng nghỉ ngắn, trong khoảng nghỉ này lượng từ hoá dọc (Mz) tăng lên lại (hoặc hồi phục) trong khi đó ượng từ hoá ngang (Mxy) giảm đi (hoặc suy yếu đi) vì các proton trở lại dần theo hướng của từ trường ngoài (BO). Hai quá trình “hồi phục” và “suy yếu” nói trên xảy ra độc lập với nhau và do những cơ chế khác biệt nhau nhưng lại xảy ra đồng thời cùng trong khoảng thời gian nghỉ giữa các xung tần số
• Thời gian hồi phục T1 (còn gọi là thời gian thư duỗi dọc) là khoảng thời gian cần thiết cho 63% lượng từ hoá của mô đạt theo hướng dọc (BO) của từ trường ngoài sau khi tắt xung Tỷ số hồi phục T1 của proton hydrogen thay đổi ở các mô khác nhau do môi trường phân tử của các mô khác nhau. Thời gian thư giãn T1 của một mẫu tổ chức phản ánh tốc độ truyền năng lượng của sóng radio từ proton H cho các cấu trúc mô lân cận nhanh hay chậm. Các mô có cấu trúc “lỏng lẻo” như dịch não – tuỷ có thời gian T1 dài.
• Khi xung tần số radio nghỉ, lượng từ hoá ngang (Mxy) suy giảm do các proton đang đảo đồng pha (cùng hướng và cùng tần số) bị lệch pha dần dưới tác động qua lại với từ trường hạt nhân xung quanh và vì vậy lượng từ hoá ngang (Mxy) suy giảm tới mức 37% trị giá ban đầu được gọi là thời gian thư duỗi ngang. Thời gian thư duỗi ngang (T2) phản ánh từ lực tại chỗ trong lòng các loại mô. Tổ chức mô đặc biệt (như cơ) có cấu trúc phân tử cố định và từ trường của chúng mạnh làm cho các proton nhanh chóng mất đồng pha hơn, thời gian thư duỗi ngang (T2) của chúng ngắn hơn.

Tóm lại, trị giá T1 và T2 của một mẫu mô cho những chỉ dẫn về môi trường phân tử của các hạt nhân hydrogen bên trong. Những khác biệt trị giá của T1 và T2 giữa mô lành và mô bệnh tạo khả năng phát hiện bệnh của kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ .

Kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ

• Phần trên đã giới thiệu nguyên tắc tạo ra tín hiệu cộng hưởng từ trên cơ sở phát xung tần số radio vào mô cơ thể và sau các xung đó, mô cơ thể sẽ phát tín hiệu; tín hiệu này phản ánh môi trường lý học và hoá học của mộ quanh các hạt nhân nguyên tử Tuy nhiên, khi cơ thể người được đặt trọng một khối nam châm có từ trường hoàn toàn đồng nhất, các proton H sẽ đảo với cùng một tần số vì theo phương trình Larmor, tần số đảo của proton H tỷ lệ trực tiếp với từ lực của từ trường ngoài. Nhự vậy, các tín hiệu thu được sẽ không thể phân định được vị trí sinh tín hiệu trong phần cơ thể cần khám xét và như vậy không thể tạo được ảnh.
• Trong kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính, khi bóng X quang quay quanh trục dọc của cơ thể và phát ra quang tuyến X, chùm tia X quét một đường tròn 3600 vuông góc với trục cơ thể và độ suy giảm tuyến tính của chùm quang tuyến X sẽ được ghi nhận qua các đầu dò điện tử đặt đối diện với bóng X quang. Ảnh tái tạo của một lớp cắt nhờ các kết quả đo được máy tính điện tử lập ra dưới hình thức ma trận của một lớp cắt, cho ta ảnh cấu trúc của một lớp cắt ngang.
• Trong ảnh cộng hưởng từ , hình ảnh tạo ra cũng tương tự kỹ thuật CT nhờ một kỹ thuật toán học phức tạp gọi là chuyển đổi Fourier được thực hiện qua một hệ thống máy tính điện tử chuyên dụng. Các dữ kiện thô (ban đầu) biến đổi thành ảnh cộng hưởng từ có nguồn gốc từ khoảng k (trong vật lý chất rắn và quang học) nhưng quá trình sinh ảnh cộng hưởng từ khác biệt nhiều với kỹ thuật CLVT.
• Tiến sĩ P.Lautẹrbur (năm 1973) đã giải đáp vấn đề xác định vị trí phát ra tín hiệu cộng hưởng từ trong một khối mô bằng cách gắn thêm một từ trường yếu hơn (còn gọi là cuộn chênh từ) vào khối từ trường chính của máy.

– Cuộn chênh từ là một từ trường không đồng đều, có từ lực mạnh ở một đầu và yếu dần từng bậc cho tới đâu kia; các cuộn dây này có thể áp dụng cho mọi hướng trong không gian, nhờ đó kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ có thể khám xét ở nhiều hướng khác nhau một cách trực tiếp trong khi kỹ thuật CLVT chỉ có một hướng cắt trực tiếp.

• Từ trường chênh lệch khi đặt chồng lên từ trường chính sẽ làm thay đổi từ lực của từ trường chính. Khi đặt theo hướng dọc (Z) của người bệnh sẽ tạo rạ tình trạng khác biệt từ lực giữa các lớp cắt ngang trục cơ thể và theo phương trình Larmor, tần số đảo của các proton H tại mỗi lớp cắt cũng phải khác nhau (hình 8.87, 8.88). Như vậy khi phát xung tần số radio vào với một tần số nhất định, chỉ có các proton H trong lớp cắt ngang dự định trước mới cộng hưởng và phát ra tín hiệu, đó là cơ sở của kỹ thuật tạo lớp cắt trong cộng hưởng từ .
• Áp dụng bộ chênh lệch từ thứ ba theo hướng X một cách tương tự như hai hướng trên (Z và Y) sẽ khó khăn trong thực tế vì có thể gây ra hai điểm khác nhau trong một lớp cắt cùng có tần số đảo của proton Để tránh hiện tượng này người ta tắt xung tần số radio của cuộn chênh từ thứ ba muộn hơn một chút làm cho quá trình đảo đồng pha của các proton H theo hướng X có sự khác biệt với hướng Y và cho phép phân định các dải Y thành những ô thể tích riêng biệt về tín hiệu, bộ chênh từ thứ ba này được gọi là mã hoá pha (phase encoding) (hình 8.89).
• Nhờ áp dụng 3 kiểu chênh từ nói trên có thể phân biệt được dựa vào tần số khác nhau và pha lệch nhau của các tín hiệu mà xác định được vị trí trong không gian mà theo đó máy tính điện tử phân tích và ứng dụng thuật chuyển đổi Fourier để tạo ra ảnh cộng hưởng từ .
• Các xung tần số radio được phát vào người bệnh, giải tần càng hẹp sẽ tạo lớp cắt càng mỏng theo hướng ngang (xy) hoặc độ dốc của cuộn chênh từ càng lớn thì các lớp cắt càng mỏng (hình 8.87, 8.88).

Để định vị các tín hiệu phát ra từ một lớp cắt chọn trước, một thiết bị chênh từ thứ hai lại được áp dụng cho hướng khác (thí dụ theo trục Y) làm cho các lớp cắt được chia thành những dải mỏng khác nhau về tần số đảo của proton H gọi là mã tần số hoặc khoảng cách chênh đã biết (frequency encoding/read out gradient).

Hình 8.88: Sơ đồ hoá kỹ thuật định vị tín hiệu cộng hưởng từ trong một lớp cắt để tạo ảnh

Các hệ thống máy cộng hưởng từ thông dụng hiện nay

Phân loại theo từ lực

-Không kể các thiết bị cộng hưởng từ sử dụng trong nghiên cứu, các hệ thống cộng hưởng từ đặt tại các cơ sở khám chữa bệnh được chia thành 3 nhóm theo từ lực của khối nam châm:

Máy cộng hưởng từ từ lực cao có từ trường 1,0-1,5

Máy cộng hưởng từ từ lực trung bình có từ trường 0,5

Máy cộng hưởng từ từ lực thấp có từ trường dưới 0,3 tesla.

Phân loại thiết bị theo cấu tạo của khối nam châm

Ngoài cách phân chia máy cộng hưởng từ theo từ lực, còn có thể phân loại thiết bị theo cấu tạo của khối nam châm:

• Nam châm siêu dẫn (superconductive magnet): cuộn dây có dòng điện chạy qua để sinh từ trường đựợc chế tạo bằng vật liệu siêu dẫn. Khi nhiệt độ của cuộn dây đạt 273°c, điện trở cuộn dây bằng 0, có thể tạo từ trường cao (0,5 – 1,5 tesla) mà không phải giải quyết nhiệt lượng sinh ra tại cuộn dây. Để đạt nhiệt độ – 273°c cần đổ heli lỏng quanh cuộn dây và định kỳ phải đổ thêm heli; tuy nhiên, giá thành sản phẩm sẽ cao hơn các loại nam châm khác.
• Nam châm điện trở (resistive magnet): cuộn dây có dòng điện chạy qua để sinh ra từ trường làm bằng vật liệu có điện trở, vì vậy, khó đạt từ trường cao và phải có biện pháp xử lý nhiệt sản ra từ cuộn dây. Hiện nay loại thiết bị này mới đạt từ lực dưới 0,3 tesla.
• Nam châm vĩnh cửu (permanent mạgnet): khối nam châm được ghép bằng những thanh nam châm vĩnh cửu. Trọng lượng các khối từ loại này thường lớn hơn hai loại nam châm nói trên và từ lực hiện nay chỉ đạt mức dưới 0,3 tesla.

Ngoài ra còn có loại thiết bị phối hợp nam châm siêu dẫn với nam châm điện trở nhưng từ lực cũng chưa vượt được 0,35 tesla.

CHỈ ĐỊNH VÀ CHỐNG CHỈ ĐỊNH CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ TRONG BỆNH LÝ THẦN KINH

Chỉ định

Sọ não

• Các dị tật bẩm sinh.
• Bệnh lý chất trắng:

+ Xơ cứng rải rác.

+ Loạn dưỡng chất trắng do mạch máu.

+ Tổn thương do chiếu xạ.

+ Tổn thương mô trắng do các nguyên nhân khác.

• Bệnh lý mạch máu não

+ Nhồi máu, thiếu máu não.

+ Nghẽn mạch.

+ Dị dạng động – tĩnh mạch, rò động tĩnh mạch, u mạch.

+ Phồng động mạch.

+ Xuất huyết não.

• U não:

+ U vùng hố yên.

+ U vùng hố sau, thân não.

+ U lympho bào.

+ U màng não.

+ U di căn.

Cột sống và tuỷ sống

Dị tật bẩm sinh.

Chấn thương cột sống – tuỷ sống.

Khối choán chỗ ngoài màng cứng.

Bệnh lý tuỷ sống:

+ Khối u trong ống sống.

+ U tuỷ sống và u rễ thần kinh tuỷ sống.

+ Rỗng tuỷ.

+ Viêm tuỷ, viêm màng nhện tuỷ.

+ Xơ cứng rải rác.

+ Nhồi máu tuỷ.

• Hẹp ống sống.
• Bệnh lý thoái hoá cột sống.

Những áp dụng mới trong chẩn đoán bằng cộng hưởng từ

Chẩn đoán chức năng vỏ não.

Khám xét tưới máu não.

Quang phổ cộng hưởng từ.

Chống chỉ định khám xét cộng hưởng từ

Chống chỉ định tuyệt đối

Bệnh nhân mang máy tạo nhịp tim, van tim nhân tạo.

Người có vật nhiễm từ trong cơ thể.

Bệnh nhân nặng cần có máy hồi sức đi theo.

Các phẫu thuật để lại kẹp kim loại trong người chưa quá 6 tháng.

Chống chỉ định tương đối

Phẫu thuật để lại kẹp kim loại đã quá 6 tháng.

Người hay hoảng sợ khi cô độc (claustrophobia).

Phụ nữ mang thai.

Đối chiếu ưu và nhược điểm giữa chụp CLVT và cộng hưởng từ

– Chỉ cắt ngang cơ thể trừ sọ đứng ngang

HÌNH ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ SỌ NÃO

Hình ảnh sọ não bình thường

Độ đối quang tổ chức, đặc biệt của mô mềm trên ảnh cộng hưởng từ rất cao chủ yếu nhờ quá trình thư duỗi T1 và thư duỗi T2. Một số thông số khác như mật độ proton, hiệu ứng độ nhậy, chuyển đổi từ hoá, khuếch tán và hiệu ứng lưu lượng cũng tham gia vào độ đối quang tổ chức của ảnh.

• Tín hiệu thu được để tạo ảnh rất yếu vì số proton không tham gia tạo ảnh rất lớn nên cần tạo được tỷ số tín hiệu trên nhiễu nền cao thì ảnh mới có chất lượng tốt.
• cộng hưởng từ có thể tạo ảnh theo mọi hướng và theo nhiều chuỗi xung; hướng thông dụng là cắt ngang (axial), cắt đứng dọc (sagittal), cắt đứng ngang (coronal) và các chuỗi xung chủ yếu là T1, T2 và mật độ proton (PD) (hình 8.90, 8.91). Hiện có nhiều chuỗi xung mới cho phép khám xét nhanh và hiện rõ được những loạn dưỡng chất trắng, tình trạng tưới máu não, chụp ảnh mạch máu não, chẩn đoán chức năng vỏ não và quang phổ cộng hưởng từ .

Bảng 8.7: Tình trạng tín hiệu cộng hưởng từ của các cấu trúc nội sọ bình thường

– Ảnh T1 được coi như ảnh giải phẫu vì có thể hiện ảnh mọi cấu trúc giải phẫu nội sọ.
– Ảnh T2 được coi như ảnh phật hiện ổ bất thường vì các ổ bệnh hầu hết có hàm lượng nước cao hơn mô lành nên chúng đều sáng hơn do rút ngắn thời gian thư duỗi T2 gây tăng tín hiệu trên ảnh T2.

Hình 8.90. Các ảnh cộng hưởng từ

Ảnh T1 (A), ảnh PD (B), ảnh T2 (C), ảnh T1 có tiêm đối quang (D)

Tình trạng tín hiệu của ổ máu tụ diễn biến theo thời gian

Trong máu chứa oxyhemoglobin, quá trình giáng hoá thành deoxyhemoglobin, methemoglobin và tiếp đến là hemosiderin là những chất có tính á từ là yếu tố quyết định nhất cho sự thay đổi tín hiệu theo thời gian của máu tụ:

• Trong 12 giờ đầu, oxyhemoglobin đồng tín hiệu với nhu mô não trên cả T1 và T2.
• Từ 1 đến 7 ngày, deoxyhemoglobin giảm nhẹ tín hiệu trên T1 (tối), giảm tín hiệu trên T2 (tối hơn).
• Từ 7 ngày đến nhiều tháng, methemoglobin trong tế bào tăng tín hiệu trên T1 (sáng), giảm tín hiệu trên T2 (tối), methemoglobin ở ngoài tế bào tăng tín hiệu cả T1 và T2 (sáng).
• Nhiều tháng đến nhiều năm, hemosiderin hoặc ferritin giảm tín hiệu trên T1 (tối), giảm mạnh tín hiệu trên T2 (rất tối).
• Trường hợp xuất huyết dưới nhện nếu cấp tính có thể khó phát hiện trên cộng hưởng từ vì thường không hình thành máu cục và nồng độ deoxyhemoglobin trong dịch não tuỷ thấp. Khi sang giai đoạn bán cấp sẽ tăng tín hiệu trên ảnh T1.

Hình ảnh cộng hưởng từ của nhồi máu não

Cộng hưởng từ được đánh giá cỏ khả năng phát hiện ổ thiếu máu não sớm hơn chụp cắt lớp và nhậy hơn trong phát hiện chảy máu kín đáo trong vùng nhồi máu (hình 8.93).

Nhồi máu cấp: thường đồng tín hiệu trên ảnh T1, tăng tín hiệu T2 ở khu vực dưới vỏ và mất sự khác biệt tuỷ – vỏ não.

Giai đoạn bán cấp: có hình giảm tín hiệu trên ảnh T1 (tối) và tăng tín hiệu trên ảnh T2 (sáng).

Giai đoạn mạn tính: ổ nhũn não có tín hiệu của dịch giống như giai đoạn bán cấp nhưng cường độ tín hiệu giảm mạnh hơn trên T1 và tăng mạnh hơn trên T2.

Ngấm thuốc á từ dạng cuộn não trong giai đoạn cấp và bán cấp.

Khám xét với chuỗi xung hồi phục đảo chiều xoá dịch (FLAIR – fluid attenuated inversion recovery) cho ảnh có độ nhậy cao hơn so với các chuỗi xung T1, T2 hoặc PD.

– Hiện ảnh được mạch máu bị hẹp hoặc tắc nghẽn bằng chương trình chụp mạch TOF (time of flight).

Hình 8.91. Các ảnh MRI

Các ảnh T1, PD và T2 (A, B, C) không hiện rõ tổn thương giai đoạn sớm, ảnh T2 FLAIR (D) hiện ảnh vùng nhồi máu vỏ não.

– Chụp cộng hưởng từ khuếch tán (MR difussion weighted imaging): nước chuyển từ khoang ngoài tế bào vào khoang trong tế bào. Trường hợp suy yếu bơm ATP đối với Na⁺/K⁺ của màng tế bào gây ra phù ngộ độc tế bào trong giai đoạn rất sớm của ổ thiếu máu não, tế bào phông to làm thu hẹp khoang ngoài tế bào, do đó giảm chuyển động của các phân tử H₂0 tự do (giảm khuếch tán), trên ảnh cộng hưởng từ khuếch tán sẽ thấy vùng tăng tín hiệu (sáng). Tình trạng khuếch tán nước có thể được định lượng để tạo ra bản đồ thể hiện hệ số khuếch tán (ADC – apparent difussion coefficient map). Trên ảnh ADC, vùng giảm chuyển động các phân tử nước tự do có tín hiệu giảm hơn (tối) hơn so với mô não lành. Nếu ADC giảm từ 30 – 50% tương ứng với lưu lượng máu từ 15 – 20ml/100g tổ chức/phút. ADC sẽ thay đổi theo thời gian vì hoại tử tế bào trong vùng tổn thương và ADC sẽ trở lại bình thường tại thời điểm 10 ngày sau khởi phát. Do đó, bản đồ ADC luôn đi kèm với ảnh khuếch tán nhằm phân biệt vùng nhồi máu cấp hay bán cấp (hình 8.92).

Hình 8.92. Các ảnh MRI. Ảnh FLAIR (A), ảnh diffusion b =1000 (B), bản đồ ADC (C). Trường hợp áp – xe não (rất giàu tế bào)

Hình 8.93. Các ảnh MRI. Ảnh FLAIR (Ạ), ảnh diffusion b = 1000 (B), bản đồ ADC. Trường hợp nhồi máu não rất sớm

Hình ảnh cộng hưởng từ một số u não ngoài phù não do ngộ độc tế bào trong giai đoạn sớm của nhồi máu não, hiện tượng giảm khuếch tán các phân tử nước còn gặp trong một số u não và áp – xe não do cấu trúc rất giàu tế bào, hình ảnh cộng hưởng từ khuếch tán cũng cho ảnh tương tự nhồi máu não nên cần phối hợp chặt chẽ hình ảnh với bảng lâm sàng của bệnh nhân để tránh nhầm lẫn.

• Chụp cộng hưởng từ tưới máu não tương tự như chụp cắt lớp tưới máu, có thể phát hiện sớm vùng tổn thương thiếu máu. Cùng với tiêm nhanh chất đối quang từ gadolinium và tạo ảnh bằng chuỗi xung nhanh trong thì thuộc đối quang đi qua mạch máu não đầu tiên. Các ảnh CBV, MTT và CBF được tính toán với mối tương quan rCBF = rCBV/MTT (r: relative). TTP (time to peak) cũng có thể thu được qua tính toán và TTP được coi là rất đặc hiệu trong phát hiện sớm nhồi máu. Vùng mô não bị thiếu hụt lưu lượng máu được coi là có nguy cơ nhồi máu. Trên một trường hợp nhồi máu não, vùng thiếu hụt tưới máu có thể rộng hơn vùng thiếu hụt khuếch tán; vùng thiếu hụt khuếch tán biểu hiện tổn thương não không hồi phục, còn vùng chỉ thiếu hụt tưới máu chính là vùng nhu mô não có thể được cứu sống nếu lưu lượng máu hồi phục (ischemic penumbra). Như vậy nếu phối hợp tạo ảnh khuếch tán và ảnh tưới máu não sẽ có khả năng đặt chỉ định cho điều trị bằng thuốc tiêu huyết khối.

Hình ảnh CHT một số u não

U tế bào sao bậc thấp

• Hình khối có bờ rõ, đồng tín hiệu hoặc giảm tín hiệu trên ảnh T1 và tăng tín hiệu trên ảnh T2; phù não và choán chỗ nhẹ, có khi phát triển kiểu thâm nhiễm lan toả làm bán cầu tổn thương rộng hơn bên lành.
• Những u dạng kén cũng có giảm tín hiệu T1 và tăng tín hiệu T2, hay có nốt ngấm thuốc đối quang ở bờ; nhiều nốt ngấm thuốc đối quang trong u và ở thành u là gợi ý cho tình trạng thoái hoá ác tính của u bậc thấp (hình 8.94)

U tế bào sao bậc cao (anaplastic astrocytomas)

• Bờ u không rõ.
• Dấu hiệu choán chỗ mạnh hơn.
• Tín hiệu có dạng tăng – giảm hỗn hợp trên cả T1 và T2.

Trên ảnh T2 có thể gặp vùng trung tâm tăng tín hiệu kèm viền mỏng, giảm tín hiệu ngăn cách với ổ phù não cạnh u.

Hay gặp ổ chảy máu trong u với tín hiệu T1 tăng. Ngấm thuốc mạnh ở bờ hoặc thành đám (hình 8.95).

    Hình 8.95. Anaplastic astrocytoma người lớn

U nguyên bào thần kinh đệm (glioblastomas)

– Tín hiệu và hình dạng tương tự như u tế bào sao bậc cao nhưng phù não rộng và choán chỗ mạnh hơn. Tính hỗn độn của tín hiệu tăng lên do những ổ hoại tử trong u gây ra, có thể gặp ổ kén hoá trong u; bờ ổ hoại tử và ổ kén không đều và dày. Trong u có thể thấy những ổ xuất huyết với thời điểm khác nhau cho tín hiệu khác nhau trên ảnh T1 và T2; nhiều mạch máu tân sinh trong u có thể cho hình búi không có tín hiệu. Tổ chức u ngấm thuốc rất mạnh ở các búi mạch tân sinh, ở phần đặc của u; các ổ kén hoá và hoại tử không ngấm thuốc. Phù quanh u rất mạnh và choán chỗ mạnh. Có thể thấy u lan tràn xa khối u chính và hay gặp lan theo đường dịch não – tuỷ, hiện thành những nốt tăng tín hiệu trên ảnh T2 (hình 8.96).

Hình 8.96. Glioblastoma ở bệnh nhân 59 tuổi

-U thần kinh đệm ít nhánh (oligodendrogliomas): trên mô bệnh học, u thần kinh đệm ít nhánh đơn thuần có tỷ lệ thấp hơn loại hỗn hợp với u tế bào sao những hình ảnh của chúng không có khác biệt đặc hiệu, u có hình hỗn hợp giảm và đồng tín hiệu trên ảnh T1, nhiều ổ tăng tín hiệu trên T2; đặc trưng của u này là có nhiều nốt hoặc mảng vôi hoá thường khó nhận biết trên cộng hưởng từ . u ngấm thuốc không đều thành đám với cường độ thấp.

U màng não thất (màng ống nội tuỷ)

Trên ảnh cộng hưởng từ đặc điểm về vị trí trong não thất 4 và hình khối đặc, dáng đa thuỳ, cho phép gợi ý u màng não thất dưới lều. Phần đặc của u có tín hiệu giảm và đồng tín hiệu với mô não trên T1, tăng trên 12. Phần kén của u có tín hiệu cao hơn dịch não tuỷ trên T1 và tăng hơn mô não trên 12. Tín hiệu trong u không đồng nhất do nhũng ổ hoại tử, chảy máu và vôi họá; u ngấm thuốc không mạnh và không đều. u màng não thất trên lều rất khó phân biệt với u tế bào sao vì chúng thường ở ngoài não thất (hình 8.97).

U đám rối màng mạch (choroid plexus tumors)

U màng não hình dáng điển hình của u là một khối đa thuỳ giống hoa súp-lơ nằm trong não thất; đồng tín hiệu trên T1, đồng hoặc tăng nhẹ tín hiệu trên 12, có thể thây hình mạch không tín hiệu trong u; ngấm thuốc đối quang rất mạnh. Loại u này luôn gắn với hình não úng thuỷ của hệ thống não thất. Trên hình ảnh không thể phân biệt được tính chất lành, ác của u.

U màng não

• U màng não xuất phát từ tổ chức biểu mô màng não, thường gắn với u xơ thần kinh typ 2 ở người có nhiễm sắc thể 22. về mô bệnh học u màng não được chia thành 3 loại:

+ U màng não điển hình lành tính.

+ U màng não không điển hình.

+ U màng não không biệt hoá, ác tính.

• Hay gặp u màng não ở tuổi 40 đến 60, nữ nhiều hơn nam với tỷ lệ 2: 1 đến 4: 1.
• U màng não thường đồng tín hiệu hoặc giảm nhẹ tín hiệu so với mô não xám trên ảnh T1, trên T2, tín hiệu u màng não rất thay đổi nhưng cũng hay gặp đồng tín hiệu với mô xám. Một dấu hiệu rất quý trên cộng hưởng từ để xác định tính chất ngoài não của u là lớp dịch nãọ tuỷ mỏng phân cách u với nhu mô não. Sau tiêm chất đối quang, u màng não ngấm thuốc rất mạnh và đồng nhất. Nhiều trường hợp có thể thấy màng não cạnh u dầy lên trên ảnh sau tiêm thuốc được gọi là dấu hiệu “đuôi màng cứng” có tính chất gợi ý cho u màng não nhưng không đặc hiệu vì còn có thể gặp trong một số u khác. Hình mạch máu không có tín hiệu trong và cạnh u của mạch máu màng não và tĩnh mạch dẫn lưu cũng thường gặp. Các nốt vôi hoá nhỏ trong u khó phát hiện trên cộng hưởng từ (hình 8.98 – 8.100).

U nguyên bào tuỷ (medulloblastomas)

U nguyên bào tuỷ thường hiện ảnh là một khối của thuỳ nhộng ờ đường giữa và hay lấn xuống dưới, qua lỗ Mạgendie vào bể lớn, có não úng thuỷ tấc nghen đi kèm. Trên ảnh TÍ, tín hiệu u không đồng nhất và giảm hơn mô xám, rất hay gặp ổ kén trong u. Tín hiệu trên T2 thay đổi từ giảm đến tăng so với mô não. Sau tiêm chất á từ, u ngấm thuốc mức độ vừa và không đồng đều hoặc chỉ ngấm một phần của khối. Ảnh sau tiêm thuốc cho phép phát hiện các ổ di căn của u trong hộp sọ. Có thể gặp u khu trú trong não thất IV và u ở bán cầu tiểu não (hình 8.101).

Hình 8.101. u nguyên bào tuỷ thuỳ nhộng tiểu não T1 sau tiêm gadolinium

U tế bào Schwann (Schwannomas)

• U Schwann thường gặp phối hợp với u xơ thần kinh typ 2, tỷ lệ ở nữ so với nam từ 1,5:1 đến 2:1 và đa u hơn là u đơn độc. Hay gặp nhất là u tiền đình – ốc tai (u dây VIII), rồi đến u giây V và tiếp theo là giây VII. Trên cộng hưởng từ , u thính giác có đặc điểm của u ngoài trục như có lớp dịch não tuỷ ngăn cách u với mô não và gồm hai phần, phần trong ống tai nhỏ và phần ngoài ống tai thành khối lớn, khối này tạo với bờ trong xương đá một góc nhọn trong khi u màng não lại tạo một góc tù.
• Phần lớn u này giảm nhẹ tín hiệu so với mô não, một số đồng tín hiệu trên T1. Trên ảnh T2 tăng tín hiệu từ nhẹ đến mạnh, những u lớn hay có ổ kén trong u. u tế bào Schwan ngấm thuốc mạnh và đều nhưng cũng có thể gặp ngấm vừa và không đều (hình 8.102, 8.103).

Hình 8.102. Schwannoma dây VIII hai bên, ảnh T1 trước và sau tiêm gadolinium

Hình 8.103. Cùng bệnh nhân, T2 axial và T1 coronal sau tiêm gadolinium

U tuyến yên

Loại u tuyến nhỏ dưới 10mm (microadenomas) hay gặp hơn loại u lớn (macro adenomas). Các u nhỏ nhiều khi khó phát hiện trên ảnh không tiêm thuốc; sau tiêm chất đối quang, tổ chức u ngâm thuôc chậm hơn mộ tuyên lành nên có thể chụp động học với thuốc để phát hiện u ở thì sớm. Các u lớn điển hình đồng tín hiệu với mô não xám trên cả ảnh T1 lẫn T2. Có thể gặp u có tín hiệu không đều do những ổ hoại tử hoặc chảy máu trong u gây ra. cấu trúc u ngấm thuốc mạnh và đều trừ trường hợp có hoại tử hoặc chảy máu.

Dáng u có hình số 8 (một phần trong và một phần ngoài hố yên) (hình 8.104).

Hình 8.104. u tuyến yên T1 axial và sagittal sau tiêm gadolinium (macroadenoma)

U di căn

U di căn có thể gặp ở xương sọ, màng cứng nhưng hay gặp nhất ở nhu mô não rồi đến màng nhện và màng mềm. u di căn của các ung thư ngoài sọ chiếm từ 1/4 đến 1/3 bệnh nhân có u não và tới 80% là nhiều ổ. Thứ tự hay gặp do u nguyên phát từ phổi, vú, u hắc tố rồi đến ống tiêu hoá, u của hệ thống tiết niệu – sinh dục. Hình ảnh điển hình của di căn là đa ổ tăng tín hiệu trên ảnh T2 ở vùng giáp ranh tuỷ – vỏ não. Chụp cộng hưởng từ có thuốc đối quang có độ nhậy cao nhất để phát hiện di căn vì hầu hết u này ngấm thuốc mạnh dưới dạng hình viền, hình nốt hoặc ngấm không đều. Khi có chảy máu trong u (hay thấy trong di căn u thận, vú và u hắc tố) sẽ làm cho tín hiệu trong u biến đổi (hỉnh 8.105).

Hình 8.105. u di căn. Ảnh FLAIR coronal (A) và T1 axial trước tiêm (B)