HOTLINE
035 575 8956

RF coil và Hệ thống máy chụp cộng hưởng từ

RF coil và Hệ thống máy chụp cộng hưởng từ


1.RF Coil

RF coils là bộ phận truyền sóng RF để kích thích các spin trong từ trường Bo, đồng thời cũng là bộ phận thu nhận tín hiệu echo hoàn trả từ các spin sau khi bị kích thích.

Một số hệ thống tạo ảnh cộng hưởng từ sử dụng coils thu nhận tín hiệu Echo độc lập với coils truyền sóng RF. Trên phương diện lý thuyết cũng như thực tế, coils được đặt càng sát vơi khu vực cần tạo ảnh càng tốt, khi đó SNR sẽ tăng lên.

Có rất nhiều loại Coils được thiết kế với mục đích ứng dụng khác nhau, có thể chia làm một số nhóm là Volume coils (coils thể tích), Surface coils (coils bề mặt), Intracavity coils (coils trong cơ thể) và Phase-array coils (coils lắp ghép). Chú ý không nhầm lẫn với hệ thống Gradient coils là hệ thống coils tạo ra sự chênh từ.

  • Volume coils

Loại coil này có thể chỉ dùng để nhận tín hiệu echo hoặc kết hợp với truyền sóng RF. Volume coils thường được thiết kế ôm quanh bộ phận cơ thể cần tạo ảnh. Có 3 dạng volume coils thường được ứng dụng là saddle-coils (coils dạng yên ngựa), birdcage-coils (coi dạng lồng chim) và body- coils (coils ôm thân).

  • Surface coils

Hầu hết các surface coils chỉ đảm nhiệm chức năng thu nhận tín hiệu chứ không kết hợp thêm chức năng phát sóng RF. Surface coil phải dựa vào body coil để phát sóng RF và thường được áp dụng cho các cấu tr c giải phẫu nhỏ.

  • Intracavity coils

Là những loại coil được thiết kế đặc biệt để đưa vào trong các khoang, hốc tự nhiên trong cơ thể để có thể tiếp cận được tổ chức cần tạo ảnh một cách gần nhất. Thường gặp là coils đặt trong trực tràng, âm đạo.

  • Phase-Array coils

Phase-array coils là sự kết hợp đồng bộ của nhiều coils thành phần, được đấu nối theo thể thức song song (parallel) hoặc thể thức theo nhóm (series) trong đó mỗi coils thành phần cung cấp tín hiệu cho một bộ phận tiếp nhận riêng biệt.

Thông tin thu nhận được từ các coi thành phần sẽ được máy tính kết hợp lại tạo thành hình ảnh. Phase-array coils mang lại cường độ tín hiệu mạnh, đồng nhất, tạo ra chất lượng ảnh có độ phân giải cao và cho phép thăm khám trên một diện rộng.

2.Hệ thống máy chụp cộng hưởng từ

2.1 Tổng quan

Một hệ thống tạo ảnh cộng hưởng từ hoàn chỉnh có rất nhiều đơn vị được kết nối với nhau để cấu thành, bao gồm:

  • Hệ thống tạo từ trường tĩnh: tạo ra từ trường Bo đủ lớn
  • Hệ thống chênh từ Gradient (X, Y, Z): tạo ra sự chênh lệch từ trường để chọn lớp cắt
  • Hệ thống cảm ứng tín hiệu siêu nhậy (RF coils): thu nhận và khuếch đại tín hiệu echo phát ra từ các spin. Có thể được kết hợp với chức năng phát sóng kích thích RF.
  • Hệ thống máy tính: gồm nhiều máy tính như quản lý hệ thống gradient và cắt lớp (control computer), quản lý chương trình tạo ảnh (array computer), lưu trữ và quản lý hình ảnh (image archive computer) và máy tính trung tâm kết hợp tất cả hệ thống, bao gồm cả các thiết bị ngoại vi (host computer).
  • Các thiết bị ngoại vi: bàn đặt người bệnh, máy theo dõi điện tâm đồ (ECG), máy theo dõi nhịp thở (trigger), máy làm mát cho nam châm, trạm xử lý hình ảnh (workshop), máy in phim, hệ thống lưu trữ và kết nối hình ảnh PACS (picture archiving and communication system).

2.2 Nam châm

Nam châm là hệ thống tạo ra từ trường tĩnh Bo. Trong tạo ảnh cộng hưởng từ ứng dụng trong y học, cường độ từ trường (từ lực) của Bo được sử dụng từ 0.1 đến 3 Testla.

Hiện nay có những máy tạo ảnh cộng hưởng từ có từ lực 5 hoặc 7 Testla nhưng còn giới hạn trong nghiên cứu (in vivo) Một yêu cầu đặt ra đối với các nam châm là tạo được từ lực đủ lớn nhưng phải đồng nhất trong toàn bộ trường thăm khám.

Hiện nay có 3 loại nam châm đã được ứng dụng là nam châm điện trở (resitive magnet), nam châm vĩnh cửu (permenant magnet) và nam châm siêu dẫn (superconducting magnet).

2.2.1 Nam châm điện trở

Nam châm điện trở sử dụng dòng điện chạy qua các cuộn dây dẫn để tạo ra từ trường. Để tăng cường độ từ trường cần phải tăng cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, dẫn đến phải tăng hiệu điện thế giữa 2 đầu dây dẫn, tăng đường kính dây dẫn.

Mà hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc thiết diện cắt ngang dây dẫn chỉ có thể tăng đến một giới hạn cho phép do các yếu tố kỹ thuật như nguy cơ cháy nổ, chi phí sản xuất và vận hành, kích thước cuộn dây…

Đặc biệt, một yếu tố chính hạn chế loại nam châm này sẽ chính là nhiệt lượng tỏa ra trong từ dây dẫn khi tăng cường độ dòng điện. Nhiệt độ dây dẫn tăng lên, ngoài nguy cơ cháy nổ, lại làm tăng điện trở của dây dẫn, tác động ngược trở lại làm cản trở cường độ dòng điện, tạo thành một vòng luẩn quẩn.

Do vậy, từ lực tối đa của nam châm điện trở là 0.3T. Nam châm này có một ưu điểm là khi có sự cố xảy ra, có thể ngắt hoàn toàn từ trường của nam châm bằng cách ngừng cấp điện mà không gây ảnh hưởng gì cho hệ thống.

2.2.2 Nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường bằng cách sử dụng một khối sắt có từ tính (ferromagnetic), không cần đến nguồn điện cấp từ bên ngoài. Từ lực tối đa mà nam châm vĩnh cửu có thể tạo ra là 0,5T. Nhược điểm của nam châm vĩnh cửu là quá nặng, có thể tới 20 tấn, do khối sắt từ tính cần phải rất lớn.

Mức độ đồng nhất của từ trường không tốt vì việc chế tạo một khối sắt lớn mà lại phải đồng nhất là điều không đơn giản. Ngoài ra, từ lực từ nam châm vĩnh cửu có thể bị thay đổi bởi nhiệt độ bên ngoài.

2.2.3 Nam châm siêu dẫn

Đây là loại nam châm có nguyên lý gần tương tự như nam châm điện trở, tức là từ trường được tạo ra bằng cách do chòng điện chạy qua dây dẫn.

Điểm khác biệt ở đây là các cuộn dây dẫn được chế tạo từ hợp kim niobium-titanium (Nb-Ti) có điện trở thấp và rất trơ trong mọi điều kiện. Các cuộn dây dẫn này lại được đặt trong môi trường làm lạnh bằng helium hóa lỏng ở nhiệt độ âm gần như tuyệt đối (4o Kelvin hoặc – 269oC), khi đó điện trở của dây dẫn có giá trị bằng không, gọi là trạng thái siêu dẫn (superconducting).

Kết quả là cường độ dòng điện đi qua lớn nhất, nhiệt lượng tỏa ra thấp nhất, độ ổn định và tính đồng nhất của từ trường tạo ra cũng ở mức tối ưu. Hiện nay, từ lực tối đa mà nam châm siêu dẫn có thể tạo ra là 18T.

Một số nhược điểm của loại nam châm này là helium hóa lỏng có thể bay hơi dẫn đến nhiệt độ làm lạnh không đảm bảo cho trạng thái siêu dẫn hoặc việc tắt hệ thống nam châm này một cách an toàn là không hề đơn giản, đặc biệt là khi có sự cố.

Advertisements

Nguồn:
Mrimaster.com
MRI Parameters and Positioning Torsten B. Moeller 
Sách giáo trình cộng hưởng từ đại học kỹ thuật y Hải Dương – TS Trần Văn Việt

Những bài viết liên quan:

Advertisements

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *