MRI là một công nghệ hình ảnh không xâm lấn, tạo ra hình ảnh giải phẫu chi tiết ba chiều. Nó thường được sử dụng để phát hiện bệnh, chẩn đoán và theo dõi điều trị. Nó dựa trên công nghệ phức tạp nhằm kích thích và phát hiện sự thay đổi hướng quay của các proton có trong nước tạo nên các mô sống.
MRI hoạt động như thế nào?
MRI sử dụng nam châm cực mạnh tạo ra từ trường mạnh buộc các proton trong cơ thể thẳng hàng với từ trường đó. Khi một dòng điện tần số vô tuyến được truyền qua bệnh nhân, các proton bị kích thích và quay ra khỏi trạng thái cân bằng, làm căng sức hút của từ trường. Khi trường tần số vô tuyến bị tắt, cảm biến MRI có thể phát hiện năng lượng được giải phóng khi các proton sắp xếp lại với từ trường. Thời gian cần thiết để các proton sắp xếp lại với từ trường, cũng như lượng năng lượng giải phóng, thay đổi tùy thuộc vào môi trường và bản chất hóa học của các phân tử. Các bác sĩ có thể nhận ra sự khác biệt giữa các loại mô khác nhau dựa trên các đặc tính từ tính này.
Để có được hình ảnh MRI, bệnh nhân được đặt bên trong một nam châm lớn và phải đứng yên trong quá trình chụp ảnh để không làm mờ hình ảnh. Các chất tương phản (thường chứa nguyên tố Gadolinium) có thể được tiêm tĩnh mạch cho bệnh nhân trước hoặc trong khi chụp MRI để tăng tốc độ các proton sắp xếp lại với từ trường. Các proton sắp xếp lại càng nhanh thì hình ảnh càng sáng.
MRI sử dụng loại nam châm nào?
Hệ thống MRI sử dụng ba loại nam châm cơ bản:
- Nam châm điện trở được làm từ nhiều cuộn dây quấn quanh một hình trụ có dòng điện chạy qua. Điều này tạo ra một từ trường. Khi tắt điện, từ trường sẽ chết. Những nam châm này có chi phí sản xuất thấp hơn so với nam châm siêu dẫn (xem bên dưới), nhưng cần một lượng điện rất lớn để hoạt động do điện trở tự nhiên của dây. Điện có thể trở nên đắt đỏ khi cần nam châm có công suất cao hơn.
-Một nam châm vĩnh cửu chỉ có thế - vĩnh viễn. Từ trường luôn ở đó và luôn có cường độ tối đa. Vì vậy, việc duy trì sân không tốn kém gì. Một nhược điểm lớn là những nam châm này cực kỳ nặng: đôi khi rất nhiều, rất nhiều tấn. Một số từ trường mạnh sẽ cần những nam châm nặng đến mức khó chế tạo được.
- Nam châm siêu dẫn cho đến nay được sử dụng phổ biến nhất trong MRI. Nam châm siêu dẫn có phần giống với nam châm điện trở - cuộn dây có dòng điện chạy qua tạo ra từ trường. Sự khác biệt quan trọng là ở chỗ trong một nam châm siêu dẫn, dây liên tục được ngâm trong helium lỏng (ở nhiệt độ lạnh 452,4 độ dưới 0). Cái lạnh gần như không thể tưởng tượng được này làm giảm điện trở của dây xuống 0, giảm đáng kể nhu cầu điện cho hệ thống và giúp vận hành tiết kiệm hơn nhiều.
Các loại nam châm
Thiết kế của MRI về cơ bản được xác định bởi loại và định dạng của nam châm chính, tức là MRI đóng, dạng đường hầm hoặc MRI mở.
Nam châm được sử dụng phổ biến nhất là nam châm điện siêu dẫn. Chúng bao gồm một cuộn dây được chế tạo siêu dẫn bằng cách làm mát bằng chất lỏng heli. Chúng tạo ra từ trường mạnh, đồng nhất, nhưng đắt tiền và cần được bảo trì thường xuyên (cụ thể là đổ đầy bình chứa khí heli).
Khi mất đi tính siêu dẫn, năng lượng điện sẽ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Sự gia nhiệt này gây ra sự sôi nhanh chóng của Helium lỏng, chất lỏng này được chuyển thành một thể tích khí Helium (dập tắt) rất cao. Để chống bỏng nhiệt và ngạt, nam châm siêu dẫn có hệ thống an toàn: ống thoát khí, theo dõi phần trăm oxy và nhiệt độ bên trong phòng MRI, cửa mở ra ngoài (áp suất quá cao trong phòng).
Nam châm siêu dẫn hoạt động liên tục. Để hạn chế những hạn chế trong việc lắp đặt nam châm, thiết bị có hệ thống che chắn thụ động (kim loại) hoặc chủ động (cuộn dây siêu dẫn bên ngoài có trường ngược với trường của cuộn dây bên trong) để giảm cường độ trường tản lạc.
MRI trường thấp cũng sử dụng:
- Nam châm điện trở rẻ hơn và dễ bảo trì hơn nam châm siêu dẫn. Chúng kém mạnh mẽ hơn nhiều, sử dụng nhiều năng lượng hơn và cần hệ thống làm mát.
- Nam châm vĩnh cửu, có nhiều dạng khác nhau, được cấu tạo từ các thành phần kim loại sắt từ. Mặc dù chúng có ưu điểm là rẻ tiền và dễ bảo trì nhưng chúng rất nặng và cường độ yếu.
Để có được từ trường đồng nhất nhất, nam châm phải được tinh chỉnh (“làm mờ”), một cách thụ động, sử dụng các miếng kim loại có thể di chuyển được hoặc chủ động, sử dụng các cuộn dây điện từ nhỏ phân bố bên trong nam châm.
Đặc điểm của nam châm chính
Các đặc tính chính của nam châm là:
-Loại (nam châm điện siêu dẫn hoặc điện trở, nam châm vĩnh cửu)
-Cường độ từ trường sinh ra, đo bằng Tesla (T). Trong thực hành lâm sàng hiện nay, giá trị này thay đổi từ 0,2 đến 3,0 T. Trong nghiên cứu, nam châm có cường độ 7 T hoặc thậm chí 11 T trở lên được sử dụng.
-Tính đồng nhất
