Lưu trữ cho từ khóa: Hiệu ứng dòng chảy

PHẦN 9: NHÌN LẠI CÁC NGUYÊN LÝ TƯƠNG PHẢN TRONG CỘNG HƯỞNG TỪ

Sau khi đã tìm hiểu các nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ quan trọng nhất, trong phần này chúng ta sẽ xem xét lại và tổng kết chúng từ một góc độ có tính thực tiễn hơn, góc độ các nguyên lý tương phản. Ngoài ba nguyên lý tương phản đã được phân tích trong phần 3, chúng ta cũng bổ sung nguyên lý tương phản trọng dòng chảy đã được phân tích qua các kỹ thuật chụp tim mạch trong Phần 8, đồng thời thảo luận thêm hai nguyên lý tương phản vốn là cơ sở cho lĩnh vực cộng hưởng từ chức năng (functional MRI): nguyên lý trọng khuếch tán và nguyên lý trọng tưới máu. Thứ tự tổng kết được thực hiện như sau:

  • Nguyên lý trọng T1
  • Nguyên lý trọng T2
  • Nguyên lý trọng đậm độ proton
  • Nguyên lý trọng dòng chảy
  • Nguyên lý trọng khuếch tán
  • Nguyên lý trọng tưới máu

Cũng cần nhấn mạnh rằng ở Phần 3, các nguyên lý tương phản được thảo luận trên cơ sở của chuỗi xung điểm vang spin với các nguyên tắc: hình trọng T1 có TR và TE đều ngắn, hình trọng T2 có TR và TE đều dài, còn hình trọng đậm độ proton có TR dài và TE ngắn. Thời gian cụ thể gọi là dài hoặc ngắn của TR và TE được nêu ra ở Phần 3 thật sự không còn đúng đối với nhiều kỹ thuật đã bàn luận trong những phần vừa qua. Do vậy hiểu biết rõ cơ chế tác động của các xung và các thang từ trong mỗi chuỗi xung sẽ giúp chúng ta hiểu vì sao với những tham số nhất định, một chuỗi xung sẽ cho ra hình trọng T1 hoặc T2.

1. NGUYÊN LÝ TRỌNG T1

Nói tổng quát, một hình trọng T1 có thể có được từ hai chuỗi xung căn bản: chuỗi xung điểm vang spin (chuẩn) và chuỗi xung điểm vang thang từ có nhiễu phá. Các xung đặc hiệu, nhất là các xung xóa mỡ như xung đảo nghịch ngắn (short TI) hay xung bão hòa mỡ cũng có thể được sử dụng kèm với hai chuỗi xung căn bản để tạo ra kết quả mong muốn.

Chuỗi xung điểm vang spin SE

Cho đến nay đây vẫn là chuỗi xung kinh điển để tạo ra hình ảnh trọng T1 (Hình 1), nhất là đối với các hệ thống chụp ảnh có phần cứng hạn chế. Thời gian TR (ngắn) vào khoảng 600 ms còn thời gian TE (ngắn) vào khoảng 20 ms. Góc lật dĩ nhiên là 90o. Cần nhớ rằng do hiện tượng suy giảm cảm ứng tự do FID, tín hiệu sẽ ngày càng giảm dần, và vì vậy thời gian TE càng ngắn, chất lượng hình ảnh càng tốt.


Hình 1:
Các hình trọng T1 với chuỗi xung điểm vang spin. (a) Hình cắt ngang não cho thấy dịch não tủy trong não thất bên (mũi tên) có tín hiệu thấp. (b) Hình cắt dọc đứng qua khớp gối cho thấy mô mỡ dưới da và mỡ trong tủy xương có tín hiệu cao. Sụn chêm có viền sáng nhưng có tín hiệu thấp bên trong (mũi tên).

Chuỗi xung đảo nghịch IR

Theo cách hiểu thông thường, chuỗi xung đảo nghịch thật ra chỉ là một biến thể của chuỗi xung điểm vang spin, trong đó người ta dùng thêm một xung đảo nghịch 180o trước khi phát xung kích thích một khoảng thời gian TI. Nếu thời đảo TI được chọn khá ngắn, gần bằng với thời gian T1 của mỡ, chuỗi xung khi đó được gọi là chuỗi xung STIR (short TI inversion recovery) mà như chúng ta đã biết nó có tác dụng xóa mỡ.

Về phương diện tương phản, hình ảnh thu được từ chuỗi xung này là một hình trọng T1 ngược chứ thật sự không phải hình trọng T1. Nghĩa là trên hình này, mô có T1 ngắn lại có tín hiệu thấp (màu đen) còn mô có T1 dài lại có tín hiệu cao (màu trắng). Kết quả “ngược đời” này xuất phát từ chỗ mô có T1 dài khi bị đảo ngược 180o sẽ khôi phục chậm hơn. Do vậy vào lúc phát xung kích thích, giá trị tuyệt đối của độ từ hóa dọc của mô có T1 dài vẫn còn lớn (mặc dù có giá trị âm) trong khi mô có T1 ngắn đã khôi phục gần như trở về zero. Khi bị lật ngang bằng xung kích thích, mô có T1 dài sẽ có độ từ hóa ngang lớn hơn, cho ra tín hiệu cao hơn.

Khi chụp ở não, chuỗi xung STIR thường được in “âm bản” khiến cho vùng trắng được in thành đen và ngược lại. Nghĩa là khi đó hình trọng T1 ngược trở thành hình trọng T1 thực sự (Hình 2).


Hình 2:
Hình trọng T1 chụp bằng chuỗi xung STIR và in âm bản phân định rất rõ cấu trúc chất xám và chất trắng. Để ý vùng nền của không khí xung quanh đầu bệnh nhân lúc chụp trên hình này có màu xám trắng, trong khi đó trên các phim thông thường đều có màu đen.

Chuỗi xung điểm vang thang từ có nhiễu phá GRE

Các chuỗi xung điểm vang thang từ thường dùng thời gian TR ngắn kèm với góc lật nhỏ hơn 90o. Khi TR ngắn hơn T2 của một mô nào đó trong vùng can chụp thì tại thời điểm phát xung kích thích tiếp theo, độ từ hóa ngang vẫn còn tồn tại. Độ từ hóa ngang còn dư lại làm tăng đặc thù trọng T2 và làm giảm đặc thù trọng T1 của hình.

Để bảo đảm chất lượng của một hình trọng T1, trong chuỗi xung điểm vang thang từ có nhiễu phá (spoiled gradient echo), người ta phải nhiễu phá độ từ hóa ngang còn dư lại này bằng một xung hoặc một thang từ nhiễu phá. Khi đó ở lần kích thích tiếp theo, độ từ hóa ngang bị mất hoàn toàn hoặc chỉ còn rất ít. Nếu chọn lựa các tham số TR, TE và góc lật một cách thích hợp, chúng ta có thể thu được một hình trọng T1 rất đặc thù (Hình 3).


Hình 3:
Hình trọng T1 được thực hiện trong thì động mạch sau khi tiêm Gado cho thấy nhiều tổn thương di căn của gan (mũi tên).

Chuỗi xung điểm vang thang từ có nhiễu phá có thể được thực hiện kèm với kỹ thuật chụp đa lớp cắt hoặc chụp ba chiều. Mỗi kỹ thuật này đều có những ưu điểm riêng vốn có của chúng, và khi bổ túc vào chuỗi xung này chúng làm tăng hiệu quả của chuỗi xung lên rất nhiều.

Cũng cần nhắc lại ở đây rằng các tên thương mại khá phổ biến của chuỗi xung điểm vang thang từ có nhiễu phá là FLASH (hãng Siemens), spoiled GRASS hay SPRG (hãng GE).

2. NGUYÊN LÝ TRỌNG T2

So với các hình trọng T1 thường chỉ được tạo ra bằng cách dùng các chuỗi xung điểm vang spin và điểm vang thang từ có nhiễu phá, các hình trọng T2 có thể được tạo ra bằng nhiều kỹ thuật hơn, mặc dù một số kỹ thuật thực sự cho hình trọng T2/T1 chứ không đơn thuần trọng T2. Một hình trọng T2/T1 là hình có tín hiệu cao đối với các mô có T2 dài hoặc có T1 ngắn.

Chuỗi xung điểm vang spin SE

Sử dụng chuỗi xung điểm vang spin để tạo ra một hình trọng T2 là một kỹ thuật kinh điển. Với thời gian TR dài và TE dài, tín hiệu của các mô có T2 ngắn hầu như đã mất hết do hiện tượng suy giảm cảm ứng tự do FID, chỉ còn lại tín hiệu của các mô có T2 dài, tạo ra một hình có độ tương phản dựa vào đặc thù thời gian T2 của các mô.


Hình 4:
Hình trọng T2 chụp bằng chuỗi xung điểm vang spin cho não (bên trái) và cột sống (bên phải) cho thấy dịch não tủy có tín hiệu cao (màu trắng) vì có thời gian T2 rất dài.

Chuỗi xung điểm vang thang từ GRE

Chúng ta đã biết rằng chuỗi xung điểm vang thang từ không dùng xung tái lập 180o. Thay vì thế nó sử dụng một thùy hồi pha để điều chỉnh tình trạng lệch pha do thùy khử pha gây ra. Ở điểm này, thùy hồi pha có tác dụng kém hơn xung tái lập 180o. Nó không có khả năng điều chỉnh tình trạng lệch pha gây ra do tình trạng không đồng nhất của từ trường cục bộ hoặc do độ xê dịch hóa học. Điều này nói lên rằng chuỗi xung điểm vang thang từ dễ bị ảnh hưởng của tình trạng không đồng nhất của từ trường cục bộ hoặc độ xê dịch hóa học, dẫn đến tình trạng mất tín hiệu cục bộ.

Khi có xuất huyết hoặc vôi hóa, tính chất thuận từ của sắt (từ các sản phẩm của quá trình phân hủy hồng cầu trong khối máu xuất huyết) và canxi sẽ làm cho từ trường cục bộ trở nên kém đồng nhất. Vận dụng đặc điểm nhạy với tình trạng không đồng nhất của từ trường cục bộ của chuỗi xung điểm vang thang từ, người ta thường dùng nó để xác định chẩn đoán (Hình 5).

Cũng cần nhắc lại rằng tính không đồng nhất của từ trường và độ xê dịch hóa học vốn luôn hiện diện trong mọi mô. Chúng làm cho thời gian suy giảm tín hiệu FID thực tế (thời gian T2*) ngắn hơn thời gian suy giảm lý thuyết (thời gian T2). Chuỗi xung điểm vang thang từ vì thế được xem là chuỗi xung tạo ra hình trọng T2* thay vì trọng T2. Vì vậy có đôi khi người ta cũng gọi chuỗi xung điểm vang thang từ là chuỗi xung T2* (các tác giả Pháp).


Hìn
h 5: Hình trọng T2 chụp bằng chuỗi xung điểm vang spin nhanh (bên trái) cho thấy nhiều tổn thương xuất huyết (mũi tên). Thế nhưng khi chụp bằng chuỗi xung điểm vang thang từ (bên phải), người ta phát hiện ra khá nhiều tổn thương nhỏ (đầu mũi tên).

Chuỗi xung điểm vang thang từ không nhiễu phá

Các chuỗi xung điểm vang thang từ không nhiễu phá nói chung đều sinh ra các hình trọng T2/T1. Do thời gian TR ngắn, mô có T1 ngắn khôi phục độ từ hóa dọc được nhiều hơn; do không nhiễu phá độ từ hóa ngang còn dư, mô có T2 dài có độ từ hóa ngang lớn hơn. Cả mô có T1 ngắn lẫn mô có T2 dài như vậy đều có tín hiệu cao trên hình, cho ra hình trọng T2/T1.

Thực tế, thời gian T1 và T2 của các mô thường song hành với nhau, nghĩa là mô có T1 dài cũng có T2 dài và ngược lại. Vì vậy độ tương phản trên các hình trọng T2/T1 thường không rõ. Chẳng hạn mô gan có T1 ngắn nên sẽ có tín hiệu cao hơn đa số các tổn thương gan với T1 dài trên hình trọng T1; ngược lại các tổn thương gan thường có T2 cũng dài nên có tín hiệu cao hơn gan trên hình trọng T2. Thế nhưng trên hình trọng T2/T1, cả hai đều có tín hiệu cao, không có được một độ tương phản rõ rệt giữa chúng.

Các chuỗi xung đầu tiên loại này thường được gọi với tên thương mại là FISP (hãng Siemens) và GRASS (hãng GE). Gần đây hơn, chuỗi xung SSFP (Steady State Free Precession) được thiết kế với thời gian TR và TE cực ngắn (3 và 1 ms) có nhiều ứng dụng lâm sàng, đặc biệt đối với vùng bụng và tim mạch. Tên thương mại khá thông dụng của nó là trueFISP (Siemens).


Hình
6: Hình dọc trán chụp bằng chuỗi xung trueFISP thấy rất rõ một khối u lớn nằm ở vùng hố thận phải (mũi tên lớn) được chẩn đoán là carcinoma thận phải.

Chuỗi xung điểm vang spin nhanh FSE

Từ Phần 6 chúng ta đã biết rằng các chuỗi xung nhiều điểm vang cho ra hình trọng T2, đặc biệt khi thời vang hiệu dụng TEef dài. Đối với các chuỗi xung một phát (single-shot), toàn bộ các hàng trong k-không gian đều được lấy mẫu qua một lần phát xung, do vậy không có TR hoặc có thể xem TR dài vô tận. Đối với các chuỗi xung nhiều phát (multishot), mỗi thời khoảng TR sẽ ghi nhận tín hiệu cho nhiều hàng trong k-không gian, mỗi hàng được lấy mẫu từ một điểm vang trong xâu điểm vang.

Trong trường hợp thông thường, hiện nay người ta có xu hướng thay chuỗi xung SE chụp hình trọng T2 bằng chuỗi xung chụp nhanh nhiều phát. Hiệu quả của chuỗi xung chụp nhanh rõ ràng là hơn hẳn dù độ tương phản và chất lượng hình nói chung có giảm bớt một ít.

Nếu phải chụp thật nhanh, người ta có thể dùng chuỗi xung một phát SSFSE (single-shot fast spin echo) mà tên thương mại rất phổ biến của nó là HASTE (half-Fourier acquisition single shot turbo spin echo). Các chuỗi xung có tên turbo đều là chuỗi xung nhanh của của hãng Siemens: turboSE, turbo- FLASH, turboGSE, turboIR. Như tên gọi của nó cho biết, HASTE sử dụng một chiến lược điền dữ liệu vào k-không gian gọi là kỹ thuật nửa-Fourier (half-Fourier). Kỹ thuật này tận dụng tính đối xứng của k-không gian bằng cách thay vì điền hết mọi hàng trong đó, nó chỉ thực hiện điền hơn một nửa số hàng cần thiết; số hàng còn lại sẽ được máy tính “nội suy” và lấp đầy vào. Nếu chọn thời vang hiệu dụng TEef thật dài, hình thu được hầu như chỉ có tín hiệu của nước. Đặc điểm này được sử dụng để chụp đường mật và ống tụy (Hình 7) và gọi là mật tụy đồ cộng hưởng MRCP (MR Cholangiopancreatography).


Hìn
h 7: Hình MRCP chụp bằng kỹ thuật HASTE cho thấy rõ túi mật (mũi tên rỗng), ống gan trái, ống mật chủ, tá tràng (mũi tên cong), ống tụy (mũi tên ngắn). Ống gan phải bị che khuất chỉ thấy một phần (mũi tên dài).

Đặc biệt hơn, chuỗi xung điểm vang spin nhanh có thể sử dụng thêm một xung đảo nghịch 180o trước khi phát xung kích thích, cho phép xóa mỡ (chuỗi xung STIR) hoặc xóa dịch (chuỗi xung FLAIR). Chúng ta cần nhớ rằng chuỗi xung FLAIR vốn đã tạo ra hình trọng T2 khi được chụp bằng kỹ thuật thông thường (dùng điểm vang spin), trong khi đó chuỗi STIR thực chất cho ra hình trọng T1 ngược. Khi sử dụng chuỗi xung STIR với kỹ thuật chụp hình nhanh (điểm vang spin nhanh) và với thời vang TEef đủ dài, chuỗi xung STIR nhanh này cho ra hình trọng T2 (Hình 8) mặc dù vẫn biểu hiện một phần đặc tính trọng T1 vốn có của mình.

Chuỗi xung điểm vang đồng phẳng

Giống như kỹ thuật điểm vang spin nhanh, các chuỗi xung điểm vang đồng phẳng EPI về cơ bản cũng tạo ra các hình trọng T2. Khác biệt chủ yếu của chuỗi xung điểm vang đồng phẳng so với chuỗi xung điểm vang spin nhanh là điểm vang được tạo ra trong chuỗi xung đồng phẳng là điểm vang thang từ, không phải điểm vang spin. Tuy nhiên người ta cũng tìm cách phối hợp chuỗi xung điểm vang đồng phẳng EPI với điểm vang spin SE bằng cách thực hiện một xung tái lập 180o vào thời điểm TEef/2. Nhờ xung tái lập này, hình ảnh thu được ít bị ảnh hưởng bởi tình trạng không đồng nhất của từ trường cục bộ và độ xê dịch hóa học vốn là một đặc trưng của các chuỗi xung điểm vang thang từ.


Hình
8: Hình chụp đứng dọc khớp gối với chuỗi xung STIR nhanh (TR/TEef/ TI, 5000/30/150) xóa rất tốt mỡ của tủy xương và cho thấy rõ tụ dịch trên xương bánh chè (mũi tên) bằng tín hiệu rất cao.

3. NGUYÊN LÝ TRỌNG ĐẬM ĐỘ PROTON

Hiện tại, ngoài hai chuyên khoa thần kinh và cơ xương khớp, các hình trọng đậm độ proton (proton density) rất ít được dùng. Kỹ thuật chủ yếu vẫn là chuỗi xung điểm vang spin kinh điển; một số trường hợp có thể dùng kỹ thuật điểm vang spin nhanh. Trong thực tế, hình trọng đậm độ proton thường được chụp chung với hình trọng T2 bằng kỹ thuật điểm vang kép (double-echo hay dual-echo), mỗi điểm vang tạo ra một hình. Với kỹ thuật này, sau mỗi xung kích thích 90o, người ta phát hai xung tái lập 180o tại hai thời điểm khác nhau trong khoảng thời gian TR sao cho điểm vang thứ nhất có thời vang TE khá ngắn dành cho hình trọng đậm độ proton còn điểm vang thứ hai có thời vang TE khá dài dành cho hình trọng T2.

Trong thực tế lâm sàng, hình trọng đậm độ proton rất có giá trị khi cần đánh giá các cấu trúc có tín hiệu thấp như mô sợi. Đặc biệt, hình trọng đậm độ proton được xem là hình có độ nhạy tốt nhất đối với các trường hợp rách sụn chêm (Hình 9).

4. NGUYÊN LÝ TRỌNG DÒNG CHẢY

Nguyên lý và kỹ thuật chụp dòng chảy đã được chúng ta tìm hiểu khá chi tiết trong Phần 8. Tuy nhiên để cho độc giả có được một cái nhìn toàn cảnh từ góc độ nguyên lý tương phản cộng hưởng từ, chúng ta sẽ lược qua một số điểm mấu chốt có liên quan đến tín hiệu của các dòng chảy.


Hình 9:
Hình đứng dọc trọng đậm độ proton cho thấy rất rõ một đường rách ở sừng sau của sụn chêm trong (mũi tên) kéo dài từ mặt khớp trên đến mặt khớp dưới.

Độ tương phản do thuốc

Các thuốc tương phản từ đa số đều dùng theo đường tiêm tĩnh mạch với tác dụng chủ yếu là làm giảm rõ rệt thời gian T1 và T2 của dòng máu và của các mô “bắt thuốc”, dù rằng mức độ có khác nhau tùy theo từng loại thuốc.

Tác dụng làm giảm thời gian T1 biểu hiện ra khi được chụp bằng các chuỗi xung “trọng T1”, chẳng hạn với chuỗi xung điểm vang spin có cả TR và TE đều ngắn, khi đó mạch máu và các mô bắt thuốc sẽ có tín hiệu cao. Tác dụng làm giảm thời gian T2 biểu hiện bằng tình trạng giảm tín hiệu khi được chụp bằng các chuỗi xung “trọng T2”. Tác dụng này trong thực tế không dùng để đánh giá mạch máu mà chỉ được sử dụng để làm giảm T2 của các mô, cho phép chụp các hình trọng T2 hoặc T2*. Thí dụ các chất SPIO có thể được các tế bào Kuffer trong gan bắt giữ, làm giảm tín hiệu của nhu mô gan so với tổn thương và các mô xung quanh (Hình 10).

Về mặt huyết động học, nói chung trong khoảng thời gian 30 giây sau tiêm, thuốc chủ yếu tồn tại trong động mạch (thì động mạch). Trong khoảng 30 giây tiếp theo, thuốc lan tỏa qua mao mạch rồi đến tĩnh mạch (thì hồ máu). Sau thời điểm 60 giây, thuốc đã ngấm qua thành mao mạch (ngoại trừ mao mạch hệ thần kinh và tinh hoàn) để vào khoang gian bào nhưng nhìn chung vẫn tiếp tục tồn tại trong hồ máu (thì ngoại bào). Từ thời gian này trở về sau, các thuốc đặc hiệu với tế bào (tế bào gan, tế bào hệ lưới nội mô, vân vân) mới có thể vào được nội bào và có tác dụng.


Hình
10: (a) Hình cắt ngang bụng trọng T2 không tiêm thuốc cho thấy một tổn thương rất lớn và các tổn thương nhỏ không rõ bờ ở gan. (b) Sau khi tiêm ferumoxide (AMI-25), trên hình trọng T2 tín hiệu của nhu mô gan giảm rõ, làm tăng độ tương phản giữa nhu mô và các tổn thương.

Do những đặc điểm về huyết động học nêu trên, thời điểm chụp sau khi tiêm thuốc có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm thay đổi thời gian T1 và T2 của thuốc tương phản. Nếu muốn đánh giá tình trạng động mạch, chúng ta cần chụp ở thì sớm (thì động mạch), tốt nhất không nên để quá 20 giây sau tiêm. Khi để trễ hơn, chúng ta có thể thấy cả tĩnh mạch (thì hồ máu). Đánh giá khả năng “bắt thuốc” của mô cần thực hiện ở thì ngoại bào, tốt nhất sau tiêm 2 phút. Với các thuốc đặc hiệu tế bào, thời gian chụp có thể lâu hơn và kéo dài nhiều giờ. Thời điểm bắt đầu chụp có thể từ 10 đến 30 phút sau tiêm.

Trong trường hợp đặc biệt hơn, một số tổn thương có tính chất huyết động khá đặc thù, biểu hiện ở tốc độ và cách thức “bắt thuốc”, kể cả tốc độ và cách thức “xả thuốc”. Khi đó, một phương thức chụp “động” (dynamic) sẽ thích hợp hơn. Chẳng hạn để đánh giá một tổn thương nghi ngờ là hemangioma ở gan, người ta tiêm thuốc tương phản nhóm chelate gado rồi chụp các hình trọng T1 bằng chuỗi xung điểm vang thang từ: chụp một hình ngay trước khi tiêm rồi chụp lập lại các hình ở thì động mạch (khoảng 30 giây sau tiêm), thì hồ máu hay thì tĩnh mạch cửa (khoảng 30 giây nữa) và thì ngoại bào hay thì cân bằng (khoảng 2 đến 3 phút sau tiêm). Kỹ thuật chụp động này cho phép đánh giá tính chất “bắt thuốc” và “xả thuốc” của tổn thương (Hình 11).


Hình
11: Chuỗi hình chụp động trọng T1 đánh giá một tổn thương nghi ngờ hemangioma ở gan. (a) Chụp ngay trước tiêm (b-d) Các hình chụp động sau tiêm ở thì động mạch (b), thì tĩnh mạch cửa (c) và thì cân bằng (d).

Độ tương phản do hiệu ứng dòng chảy

Ngoài cách dùng thuốc để tạo ra độ tương phản, một cách làm có phần tương tự như dùng thuốc cản quang trong CT và X quang quy ước, cộng hưởng từ còn có thể sử dụng ngay sự chuyển động của dòng máu để có được một độ tương phản nhất định so với các mô đứng yên. Đặc biệt hơn, máu chảy trong lòng mạch không chỉ sáng tương tự như khi dùng thuốc tương phản mà còn có thể tối hơn so với các mô đứng yên. Hiệu ứng tạo ra hình ảnh máu tối là hiệu ứng trống dòng (flow void effect) trong khi đó hiệu ứng tạo ra hình ảnh máu sáng là hiệu ứng nội dòng (inflow effect).

Hiệu ứng trống dòng thường xảy ra khi chụp bằng chuỗi xung điểm vang spin (SE hoặc FSE) cho những dòng máu chảy chậm, với tín hiệu được ghi nhận tại một thời vang TE hoặc TEef khá dài sau xung kích thích. Trong tình huống này, máu bị lệch pha nhiều nhưng do hầu như đã chảy ra khỏi lớp cắt đang chụp nên không nhận được xung tái lập 180o, trong khi đó khối máu mới thay thế lại chưa nhận được xung kích thích. Kết quả là tại thời điểm đo tín hiệu TE hoặc thời điểm ghi nhận tín hiệu cho các hàng gần trung tâm của k-không gian (TEef), dòng máu chảy có tín hiệu rất thấp, cho ra hình ảnh máu đen khiến chúng ta có cảm giác như trong lòng mạch không có gì (trống dòng).

Hiệu ứng nội dòng xảy ra khi một khối máu mới chưa bị bão hòa chảy vào vùng đang được chụp hình. Ở thời điểm này, các mô đứng yên xung quanh đã nhận được nhiều loại xung và thang từ khác nhau, dẫn đến tình trạng chúng bị bão hòa khá nhiều. Do vậy khi được kích thích ở lần tiếp theo, tín hiệu của các mô đứng yên so với tín hiệu của khối máu mới sẽ thấp hơn. Nếu được chụp bằng một kỹ thuật thích hợp, thường là một chuỗi xung nhanh, dòng máu đang chảy sẽ có tín hiệu cao hơn hẳn so với mô đứng yên xung quanh (Hình 12).


Hìn
h 12: Hình minh họa cho hiệu ứng nội dòng.

Ngoài hiệu ứng nội dòng, người ta còn có thể dùng độ chênh lệch pha hay độ tương phản pha (phase contrast) để tạo ra hình ảnh máu sáng, cho phép đánh giá được cả tốc độ chảy của dòng máu. Muốn vậy, người ta cần chụp vùng đang khảo sát ở hai thời điểm khác nhau. Khi so sánh dữ liệu của hai thời điểm này, các mô đứng yên không có sự khác biệt về pha còn dòng máu chảy có một độ chênh lệch rõ rệt. Độ chênh lệch zero của các mô đứng yên hiển thị thành hình tối còn độ chênh lệch khác zero của dòng máu đang chảy hiển thị thành hình sáng.

5. NGUYÊN LÝ TRỌNG KHUẾCH TÁN

Ở góc độ triết học, chuyển động là một thuộc tính vốn có của sự vật. Ở góc độ sinh học, chuyển động biểu thị các hoạt động chức năng của cơ thể. Các quá trình sinh lý xảy ra trong cơ thể, từ mức độ đại thể như các hoạt động hít vào, thở ra của phổi hay hoạt động co bóp của tim đến các mức độ vi thể như các quá trình trao đổi chất ở tế bào đều những biểu hiện cụ thể của sự chuyển động.

Nhờ khả năng “nhạy cảm” với sự chuyển động, cộng hưởng từ đã được kỳ vọng như một phương tiện giúp chúng ta đánh giá được chức năng của các bộ phận, nghĩa là các quá trình hoạt động của chúng. Mặc dù đã được đặt ra từ lâu nhưng do những hạn chế về phần cứng và kỹ thuật, kỳ vọng này gần đây mới bắt đầu trở thành hiện thực, mở ra một lĩnh vực mới với tên gọi là chụp cộng hưởng từ chức năng fMRI (functional MRI). Trong phần này và phần tiếp theo, chúng ta sẽ rảo qua hai kỹ thuật cơ sở của chụp cộng hưởng từ chức năng, đó là kỹ thuật khuếch tán (diffusion) và kỹ thuật tưới máu (perfusion).

Hiện tượng khuếch tán

Chắc hẳn nhiều người trong chúng ta còn nhớ từ những năm học phổ thông rằng khi ở trạng thái lỏng (thể lỏng), các phân tử nước chuyển động không ngừng và hỗn loạn theo mọi hướng mà chúng ta gọi là chuyển động Brown. Theo thời gian, chúng có thể tản mác ra khắp môi trường. Nói một cách “hàn lâm” hơn, chúng ta bảo rằng chúng khuếch tán khắp nơi. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường, đặc biệt là độ nhớt và nhiệt độ môi trường.

Để lượng hóa khái niệm khuếch tán, người ta sử dụng một con số gọi là h số khuếch n (diffusion coefficient) với đơn vị là diện tích/thời gian. Hệ số này cho biết diện tích mà một phân tử chất lỏng (ở đây là nước) có thể dịch chuyển (khuếch tán) trong một đơn vị thời gian. Trong thực tế, hệ số khuếch tán được tính bằng đơn vị cụ thể mm2/giây (mm2/sec). Thí dụ ở nhiệt độ 37oC, nước nguyên chất có hệ số khuếch tán là 0,003 mm2/sec.

Trong cơ thể, nước cũng khuếch tán khắp nơi, nghĩa là các phân tử nước cũng luôn di chuyển không ngừng và hỗn loạn theo mọi hướng bằng chuyển động Brown. Tuy nhiên chuyển động Brown của nước trong cơ thể bị hạn chế bởi các cấu trúc giải phẫu vi thể và các phân tử lớn có mặt trong mỗi mô. Khi này, thay vì dùng hệ số khuếch tán, người ta đưa ra khái niệm hệ số khuếch tán biểu kiến ADC (apparent diffusion coefficient). Hệ số ADC thay đổi tùy theo cấu trúc và tình trạng bệnh lý của mỗi mô. Mô có hệ số ADC càng lớn, khả năng khuếch tán của nước trong mô càng mạnh.

Tính dị hướng

Không giống như hiện tượng khuếch tán trong môi trường tự do, hiện tượng khuếch tán của nước ở các mô cơ thể không có tính đẳng hướng (isotropy) mà có tính dị hướng (anisotropy), nghĩa là chúng không khuếch tán giống nhau theo mọi hướng. Ở mô sợi hoặc các mô có mức độ tổ chức cao như gân, cơ, chất trắng, các phân tử lớn thường được sắp xếp theo một hướng nhất định, hạn chế khả năng khuếch tán của nước theo một hướng nào đó và làm cho nước “có khuynh hướng” khuếch tán theo một hướng khác nhiều hơn. Hệ số ADC do vậy vừa biểu thị tốc độ khuếch tán (độ lớn của hệ số) vừa biểu thị hướng khuếch tán theo ba chiều không gian x, y, z. Thông tin độ lớn của ADC được sử dụng để tạo ra một hình cộng hưởng từ có tên là bản đồ ADC (ADC map).

Ở não, người ta nhận thấy rằng hiện tượng khuếch tán có khuynh hướng xảy ra dọc theo hướng sợi trục của chất trắng dù rằng nguyên nhân đích xác của nó chưa được giải thích thấu đáo. Hình 13 minh họa khuynh hướng khuếch tán này.


Hình 13:
Các hình chụp ngang não với hệ số nhạy khuếch tán b = 1000 sec/mm2 với thang từ khuếch tán được áp dụng theo một trục. Theo chiều áp dụng của thang từ, bó sợi chất trắng dọc theo trục đó bị giảm tín hiệu (các mũi tên trong mỗi hình). (a) Thang từ được áp dụng theo trục x từ phải sang trái: thể chai có tín hiệu thấp. (b) Thang từ được áp dụng theo trục y từ trước ra sau: chất trắng vùng trán và đính giảm tín hiệu. (c) Thang từ được áp dụng theo trục z (đứng) từ trên xuống dưới: bó vỏ gai (bao trong) giảm tín hiệu.

Đặc tính cộng hưởng từ khuếch tán

Do chuyển động Brown của các phân tử nước, hiện tượng khuếch tán cũng là một nguyên nhân gây ra tình trạng lệch pha của các proton dưới tác dụng của các xung và các thang từ trong quá trình chụp hình. Tình trạng lệch pha này tỷ lệ thuận với cường độ và thời gian áp đặt thang từ. Thế nhưng các xung tái lập và các thùy hồi pha lại không điều chỉnh được nguyên nhân lệch pha do khuếch tán vì tình trạng hỗn loạn vốn có của chuyển động Brown.

Như vậy, ngoài nguyên nhân hồi giãn ngang trong khoảng thời gian T2 làm mất dần tín hiệu vốn tồn tại ngay cả khi không có các thang từ, nguyên nhân khuếch tán làm mất tín hiệu sẽ xảy ra khi có tác dụng của các thang từ. Nghĩa là lúc này, cường độ tín hiệu cần phải được tính theo hai tham số độc lập nhau: thời gian T2 và hệ số khuếch tán.

May mắn là trong những tình huống bình thường, các thang từ được sử dụng có cường độ nhỏ nên ảnh hưởng của hiện tượng khuếch tán đối với tình trạng mất tín hiệu có thể bỏ qua. Khi sử dụng các thang từ có cường độ mạnh được thiết kế để đánh giá hiện tượng khuếch tán, ảnh hưởng lệch pha do khuếch tán mới bộc lộ. Khi đó chúng ta cần đánh giá cả ảnh hưởng của T2 lẫn của hiện tượng khuếch tán.

Hệ số nhạy cảm khuếch tán

Để đánh giá được tình trạng khuếch tán của nước trong các mô cơ thể, người ta sử dụng các thang từ chuyên biệt gọi là thang từ khuếch tán (diffusion gradient). Mức độ nhạy cảm của các chuỗi xung đối với hiện tượng khuếch tán tùy thuộc vào cường độ và thời gian áp dụng thang từ khuếch tán. Khi đó, để điều chỉnh tác dụng của thang từ khuếch tán, người ta sử dụng hệ số nhạy khuếch tán b (diffusion sensitivity factor) được tính bằng đơn vị là giây/mm2 (sec/mm2). Giá trị b = 0 biểu thị chuỗi xung không nhạy khuếch tán, nghĩa là một chuỗi xung bình thường không nhằm đo đạc mức độ khuếch tán. Giá trị nhạy khuếch tán thường được sử dụng trong lâm sàng thay đổi từ 500 đến 1500 sec/mm2.

Kỹ thuật và các hình khuếch tán

Với những đặc tính đã nêu ở trên, hiện tượng khuếch tán trong cơ thể vừa là hiện tượng vật lý vừa là hiện tượng sinh lý. Quá trình này xảy ra ở mức phân tử với một tốc độ rất nhanh nên để có thể đo được hệ số ADC, người ta hay sử dụng các chuỗi xung điểm vang đồng phẳng EPI vì khả năng chụp nhanh của chúng. Bộ hình kinh điển để đánh giá hiện tượng khuếch tán gồm có ba nhóm: hình trọng T2, hình trọng khuếch tán DW và hình bản đồ ADC.

  1. Các hình trọng T2 (T2W) được chụp bằng chuỗi xung điểm vang đồng phẳng và được dùng làm cơ sở để so sánh và tạo lập hình bản đồ ADC. Trong bộ xung chụp hình khuếch tán, hình trọng T2 là hình được chụp với giá trị b = 0.

  2. Các hình trọng khuếch tán DW (diffusion-weighted) được thực hiện bằng cách trước tiên áp dụng thang từ khuếch tán theo mỗi trục x, y, z để có được ba hình trọng khuếch tán DW theo mỗi trục (Hình 13). Sau đó “nhân” tín hiệu của ba hình khuếch tán theo mỗi trục rồi lấy căn bậc ba của tích này, cho ra giá trị tín hiệu được dùng để tạo ra hình trọng khuếch tán DW (Hình 14). Hình trọng khuếch tán DW này chưa loại bỏ yếu tố làm mất tín hiệu do thời gian hồi giãn ngang T2 nên vẫn còn biểu hiện một phần đặc thù trọng T2. Chẳng hạn độ tương phản giữa chất xám chất trắng trên hình trọng khuếch tán DW chính là độ tương phản của chúng trên hình trọng T2.


Hìn
h 14: Hình trọng khuếch tán DW thu được từ ba hình trọng khuếch tán được chụp theo ba trục không gian đã được minh họa trong Hình 13.

  1. Các hình bản đồ ADC (ADC map) biểu thị độ lớn thuần túy của hệ số khuếch tán biểu kiến ADC, không có yếu tố tương phản trọng Chúng có thể được tính ra từ hình trọng khuếch tán DW và hình trọng T2 đã được chụp với giá trị b = 0. Với đặc điểm này, hình bản đồ ADC cho phép loại trừ các đặc thù trọng T2 “ăn theo” vốn có thể biểu hiện trên hình trọng khuếch tán DW.

Cho đến thời điểm hiện nay, các hình khuếch tán mặc dù đã khá thông dụng nhưng các ứng dụng chủ yếu của chúng vẫn là các ứng dụng trong lĩnh vực thần kinh. Trong trường hợp đột quỵ đến sớm (dưới 6 giờ) do nguyên nhân tắc mạch, chúng hầu như là nguồn thông tin duy nhất giúp chúng ta xác định xem vùng mô não bị thiếu máu hiện tại còn sống hay không. Thông tin này cho phép các bác sỹ lâm sàng có đủ cơ sở để đưa ra các quyết định điều trị thích hợp (Hình 15).

Cũng cần nói thêm rằng trong các hình trọng khuếch tán DW, vùng mô có hiện tượng khuếch tán kém sẽ có tín hiệu cao (trắng hơn). Ngược lại trong các hình bản đồ ADC vốn là hình biểu thị độ lớn của hệ số khuếch tán biểu kiến ADC, vùng mô kém khuếch tán (ADC nhỏ) sẽ có tín hiệu thấp (đen hơn).


Hình
15: Nhồi máu cấp đến sớm trước 6 giờ. (a) Hình trọng T2 chỉ thấy tăng nhẹ tín hiệu ở vùng thùy đảo bên trái. (b) Hình trọng khuếch tán DW cho thấy tăng tín hiệu điển hình của vùng cấp máu từ động mạch não giữa trái. (b) Hình bản đồ ADC có giảm tín hiệu rõ ở vùng này.

6. NGUYÊN LÝ CỘNG HƯỞNG TỪ TƯỚI MÁU

Mọi cơ quan trong cơ thể đều cần dưỡng khí và chất dinh dưỡng do máu cung cấp. Hoạt động chức năng càng nhiều, lượng máu đến nuôi càng lớn. Do vậy đánh giá và lượng hóa tình trạng tưới máu (perfusion) của một vùng cơ thể thông qua các chỉ số huyết động giúp chúng ta đánh giá được mức độ hoạt động chức năng đang thực sự xảy ra tại vùng cơ thể đó. Các chỉ số huyết động thường dùng là: thể tích máu trong mô (tissue blood volume), lượng máu chảy qua mô (tissue blood flow) hay thời gian quá cảnh (transit time).

Để thực hiện điều này, người ta cần dùng một chất đánh dấu nào đó có mặt trong máu và có thể nhận ra được bằng các kỹ thuật cộng hưởng từ. Nhìn chung có hai phương pháp: phương pháp dùng chất ngoại sinh và phương pháp dùng chất nội sinh.

Phương pháp ngoại sinh

Trong phương pháp dùng chất ngoại sinh (exogenous material), người ta sử dụng một chất tương phản từ (ngoại sinh) tiêm vào cơ thể theo đường tĩnh mạch. Chúng ta biết rằng thuốc tương phản từ ngoại bào có tác dụng làm giảm cả thời gian T1 lẫn T2. Khi có mặt trong hệ thống mạch máu với một nồng độ cao, tác dụng làm giảm T2 của chúng khá rõ rệt, biểu hiện bằng sự suy giảm tín hiệu ở những vùng có tình trạng tưới máu tốt. Những vùng chậm suy giảm tín hiệu được xem như có tình trạng tưới máu kém hơn (đánh giá định tính).

Cách làm thông dụng là bơm dồn (bolus), nghĩa là bơm một lượng thuốc thật nhiều và thật nhanh vào tĩnh mạch rồi dùng một kỹ thuật chụp nhanh như chuỗi xung đồng phẳng EPI để ghi nhận sự thay đổi tín hiệu vốn xảy ra rất nhanh ở các mô cần đánh giá khi thuốc tương phản lần đầu chảy qua vùng mô đó. Ở não, thời gian chụp toàn bộ não thường chỉ dưới 2 giây.

Từ dữ liệu về sự thay đổi tín hiệu theo thời gian, người ta sẽ biến đổi thành dữ liệu về nồng độ tương đối của thuốc có trong mô theo thời gian. Những dữ liệu này cuối cùng sẽ được tính toán để quy thành các chỉ số huyết động (đánh giá định lượng). Quá trình tính toán này hiện nay đều do máy tính thực hiện nên chúng ta không bàn sâu ở đây. Kết quả có thể được hiển thị dưới dạng các bản đồ tưới máu và có thể được mã hóa bằng các màu sắc khác nhau, biểu thị các giá trị huyết động khác nhau cho từng vùng.

Phương pháp nội sinh

Trong phương pháp này, người ta sử dụng các kỹ thuật cộng hưởng từ để đánh dấu trực tiếp lên các proton trong máu trước khi chúng chảy vào vùng khảo sát. Cụ thể, người ta có thể dùng một xung bão hòa hoặc xung đảo nghịch 180o để “đánh dấu” các proton. Do đã bị đánh dấu (bão hòa hoặc đảo nghịch), dòng máu có chứa các proton này khi chảy vào vùng khảo sát sẽ làm giảm tín hiệu của vùng đó. Sự khác biệt tín hiệu khi so với hình gốc, nghĩa là hình chụp khi chưa đánh dấu, phản ánh tình trạng tưới máu của vùng đang được khảo sát.

7. NHỮNG ĐIỂM CẦN GHI NHỚ

Những nguyên lý được phân tích trong phần này phần lớn đã được bàn luận khá chi tiết ở những phần trước, ngoại trừ nguyên lý trọng khuếch tán và trọng tưới máu. Do vậy chúng ta chỉ nhắc lại những điểm quan trọng cần nhớ đối với hai nguyên lý này.

  • Hiện tượng khuếch tán xảy ra do chuyển động Brown của các phân tử khí hoặc lỏng, nghĩa là chuyển động tự do và ngẫu nhiên theo mọi hướng. Mức độ khuếch tán của một chất ở một nhiệt độ nhất định được biểu hiện bằng hệ số khuếch tán.
  • Do những đặc điểm về cấu trúc vi thể, các phân tử nước trong cơ thể khuếch tán không đồng đều theo mọi hướng. Chẳng hạn với cấu trúc của hệ thần kinh, hiện tượng khuếch tán xảy ra mạnh hơn dọc theo đường đi của các bó chất trắng. Để có thể biểu thị cả độ lớn lẫn chiều hướng khuếch tán, thay vì sử dụng hệ số khuếch tán thông thường, người ta sử dụng một hệ số đặc biệt hơn gọi là hệ số khuếch tán biểu kiến ADC.
  • Để đánh giá được mức độ khuếch tán, chúng ta phải dùng các thang từ đặc biệt hơn, cho phép bộc lộ tình trạng lệch pha do ảnh hưởng của khuếch tá Các thang từ khuếch tán này được điều chỉnh bằng một tham số gọi là hệ số nhạy cảm khuếch tán b. Giá trị b = 0 cho biết ảnh chụp không nhạy với khuếch tán, nghĩa là ảnh bình thường. Giá trị b nằm trong khoảng 500 đến 1500 thường được sử dụng để đánh giá khả năng khuếch tán trong lâm sàng.
  • Bộ hình khuếch tán điển hình gồm có một hình trọng T2, một hình trọng khuếch tán DW và một hình bản đồ Bản đồ ADC là hình được vẽ lại từ các giá trị ADC của các mô, do vậy vùng kém khuếch tán sẽ có màu đen hơn vùng khuếch tán tốt. Ngược lại, hình trọng khuếch tán DW ghi nhận tín hiệu của các proton trong quá trình khuếch tán của chúng tuy vẫn bị chứa một phần đặc thù trọng T2. Do vậy vùng có tín hiệu cao trên hình trọng khuếch tán DW là vùng giảm mức độ khuếch tán, ngược lại với hình bản đồ ADC.
  • Tình trạng tưới máu tại các mô biểu thị cho hoạt động chức năng của mô: lượng máu đến mô càng nhiều, hoạt động chức năng càng mạnh. Lượng máu đến mô có thể đánh giá được bằng cách dùng một chất đánh dấu nào đó mà chúng ta có thể “đo được” bằng các kỹ thuật cộng hưởng từ.
  • Chất đánh dấu “ngoại sinh” thường dùng là một loại thuốc tương phản từ. Chúng được bơm thật nhiều và nhanh vào tĩnh mạch, nhanh chóng làm thay đổi tình trạng từ hóa tại các mô. Khi dùng các kỹ thuật chụp thật nhanh, chúng ta có thể “đo được” sự thay đổi này.
  • Chất đánh dấu “nội sinh” chính là các proton đang có mặt trong dòng máu chả Chúng được đánh dấu từ tính trước khi chảy vào vùng mô cần khảo sát bằng một phương pháp nào đó, chẳng hạn như bão hòa hoặc đảo nghịch nó. Nhờ đó khi chảy vào vùng mô đang được khảo sát, chúng có thể được nhận ra bằng các kỹ thuật chụp cộng hưởng từ.

Nguồn: Trần Đức Quang (2008), Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ, Chương 9, NXB ĐHQG TPHCM, Trang 137-156.

 

 

PHẦN 8: KỸ THUẬT CHỤP CỘNG HƯỞNG TỪ TIM MẠCH

Nói chung, các phương pháp chụp hình chẩn đoán như X quang quy ước, CT, siêu âm và cộng hưởng từ đều là các kỹ thuật chụp tĩnh, nghĩa là chụp một vật tại một thời điểm (khoảnh khắc) nhất định. Do vậy chúng đều gặp phải những vấn đề giống nhau khi chụp những vùng cơ thể có các cơ quan chuyển động như ngực và bụng.

Vấn đề còn phức tạp hơn khi chụp hình hệ thống tim mạch. Hoạt động co bóp của tim và dòng chảy của máu biểu hiện cho chức năng của chúng. Vì thế chúng ta không những chẳng có cách gì để làm cho chúng “đứng yên hoặc chảy chậm lại một chút” mà còn phải tìm cách ghi nhận đúng thực trạng hoạt động của chúng. Trong phần này chúng ta bàn luận chủ yếu về các kỹ thuật mạch đồ cộng hưởng từ MRA (MR Angiography), dành một phần của phần cho kỹ thuật tâm đồ cộng hưởng từ (cardiac MR). Ngoài ra, các kỹ thuật dựng hình, mặc dù không phải là kỹ thuật chụp mạch máu nhưng vì rất thường được sử dụng trong lĩnh vực này nên cũng được phân tích ở đây. Nội dung cụ thể bao gồm:

  • Hiệu ứng dòng chảy
  • Mạch đồ cộng hưởng từ có thuốc tương phản
  • Kỹ thuật mạch đồ máu đen
  • Kỹ thuật mạch đồ máu sáng
  • Tâm đồ cộng hưởng từ
  • Kỹ thuật dựng hình

1. HIỆU ỨNG DÒNG CHẢY

Dòng máu chảy trong lòng mạch cũng giống như các chất lỏng chảy trong lòng ống, nghĩa là chúng cũng tuân theo các định luật thủy động học trong y học được đề cập đến trong lĩnh vực huyết động học (hemodynamics). Ngoài ra dưới tác dụng của các xung và thang từ, dòng máu đang chảy có những biểu hiện về mặt cộng hưởng từ (tín hiệu) khác hẳn với các mô tĩnh xung quanh, sinh ra các hiệu ứng dòng chảy (flow effect).

Dòng máu trong lòng mạch

Dòng máu chảy vốn rất phức tạp, tùy thuộc vào hoạt động của tim (thì tâm thu, thì tâm trương), kích thước của mạch máu (động mạch chủ và các nhánh), loại mạch máu (động mạch, tĩnh mạch, mao mạch, xoang tĩnh mạch), hướng máu chảy (điểm phân chia mạch máu, chỗ rẽ ngoặt), tình trạng bệnh lý của mạch máu (chỗ phình, mảng xơ vữa) và rất nhiều các yếu tố khác. Tuy nhiên để cho đơn giản và phù hợp với bối cảnh thảo luận về cộng hưởng từ, chúng ta tạm phân chia tình trạng dòng chảy trong lòng mạch thành ba loại: dòng chảy đều (laminar flow), dòng chảy dồn (plug flow) và dòng cuộn xoáy (turbulent flow).

Với dòng chảy đều, vận tốc của các proton đều như nhau, bất kể vị trí của chúng trong lòng mạch (Hình 1a). Ngược lại ở dòng chảy dồn, tốc độ của các proton ở gần thành mạch chậm hơn so với các proton ở chính giữa lòng mạch (Hình 1b). Trong khi đó, tình trạng xoáy dòng chỉ xảy ra ở những chỗ kích thước lòng mạch hoặc hướng chảy thay đổi đột ngột, sinh ra các dòng chảy phụ xoáy cuộn, thường gặp ở chỗ phình mạch, sau đoạn hẹp, chỗ tách các nhánh từ các động mạch lớn (Hình 1c).


Hình 1:
(a) Dòng chảy đều. (b) Dòng chảy dồn. (c) Dòng cuộn xoáy.

Tính chất cộng hưởng từ của dòng máu

Vì nước chiếm một lượng lớn trong máu và hầu như ở dạng tự do, thời gian T1 và T2 của máu đều khá dài, chỉ ngắn hơn chút ít so với T1 và T2 của dịch não tủy. Do vậy nếu không chuyển động, máu sẽ có tín hiệu thấp trên hình trọng T1 và tín hiệu cao trên hình trọng T2, gần giống với tín hiệu của dịch não tủy. Tuy nhiên do chuyển động liên tục, tín hiệu của dòng máu bị thay đổi. Sự thay đổi này do những nguyên nhân được lý giải sau đây:

  1. Trong quá trình chụp hình cộng hưởng từ, các xung và thang từ được thiết kế để chúng tác dụng lên các mô đứng yên. Cụ thể, trong các chuỗi xung điểm vang spin SE, xung tái lập 180o sẽ tác dụng lên đúng các mô đã được kích hoạt bởi một xung kích thích trước đó tại đúng vị trí đã định sẵn. Tuy nhiên do máu chuyển động liên tục, khối máu được kích hoạt bằng xung kích thích đã trôi qua khỏi vị trí ban đầu vào lúc phát xung tái lập khiến pha của các proton trong khối máu này không được tái lập. Chúng ngày càng lệch pha nhau nhiều hơn nên không tạo ra được tín hiệu nào.

  2. Tình trạng cũng gần như thế dưới tác động của các thang từ. Chúng ta đã biết rằng các thang từ chọn lớp và thang mã tần số đều có một thùy khử pha, sau đó là một thùy hồi pha để điều chỉnh lại pha của các proton do tác dụng của thùy khử Thế nhưng do dòng máu chuyển động nên vào thời điểm hồi pha, vị trí của khối máu không còn ở đúng vị trí ban đầu nên tác dụng của thùy hồi pha không còn thích hợp như trước nữa. Kết quả là thùy hồi pha không điều chỉnh được pha của các proton, dẫn đến chúng ngày càng lệch pha nhau nhiều hơn.

  3. Khi thực hiện một chuỗi xung, người ta thường phải lập lại các xung nhiều lần sau mỗi khoảng thời kích TR. Lúc này nếu so với các mô đứng yên trong lớp cắt, khối máu đang chảy vào lớp cắt đó nhận được ít các xung hơn. Điều này đồng nghĩa với việc độ từ hóa dọc của nó còn nguyên vẹn và lớn hơn so với các mô đứng yên xung quanh. Nói cách khác, các mô đứng yên đã bị bão hòa nhiều còn khối máu đang di chuyển vào lớp cắt hầu như không bị bão hòa Nếu lúc này nó bị kích thích, tín hiệu của nó sẽ cao hơn.

Hiệu ứng dòng chảy

Các đặc điểm cộng hưởng từ vừa nêu cùng với các đặc điểm huyết động ở trên cùng nhau tạo ra ba hiệu ứng dòng chảy (flow effect) sau đây:

  1. Hiệu ứng trống dòng. Hiệu ứng trống dòng (flow void) là tình trạng mạch máu “trống trơn” không có tín hiệu và gặp ở các hình chụp bằng các chuỗi xung điểm vang spin, nhất là khi thời vang TE khá dài (hình trọng T2). Trong các chuỗi xung này, khối máu đang chuyển động chỉ nhận được một xung kích thích mà không nhận được xung tái lập, khiến cho tình trạng lệch pha của các proton trong khối máu do tác dụng của các thang từ và của môi trường xung quanh không được điều chỉnh. Kết quả là trong lòng mạch không có tín hiệu và cho ra màu đen (Hình 2).


Hìn
h 2: Hiệu ứng trống dòng trên hình trọng T2 được chụp bằng chuỗi xung điểm vang spin. Hai mũi tên phía trên chỉ vào hai động mạch não giữa (MCA) phải và trái. Mũi tên phía dưới chỉ vào xoang tĩnh mạch dọc trên.

  1. Hiệu ứng nội dòng. Như đã nói ở trên, khối máu đang di chuyển vào một lớp cắt bị bão hòa ít hơn so với các mô đứng yên trong lớp cắt và do vậy nó có tín hiệu cao hơn so với các mô này. Khi đi càng sâu vào các lớp cắt kế tiếp, khối máu càng nhận được nhiều xung và ngày càng bị bão hòa nhiều hơn. Tuy nhiên do phần máu nằm ngay trung tâm lòng mạch chảy nhanh hơn so với phần máu nằm sát thành mạch (dòng chảy dồn), phần máu trung tâm thoát được nhiều xung và bị bão hòa ít hơn, cho ra tín hiệu cao hơn phần máu cận thành (Hình 3). Kết quả này được gọi là hiệu ứng nội dòng (inflow effect).

  2. Hiu ng cận thành. Bên trong dòng chảy dồn, phần máu trung tâm chảy nhanh và có tốc độ đều hơn so với phần máu ở vùng sát thành mạch (Hình 4). Ở mức độ các voxel, điều này có nghĩa là các proton trong các voxel sát thành mạch có các tốc độ khác nhau nhiều, làm cho các proton lệch pha nhau nhiều hơn. Khi đó, tín hiệu chung của toàn voxel bị mất, gây ra tình trạng mất tín hiệu ở vùng cận mạch.


Hìn
h 3: Hiệu ứng nội dòng: lúc đầu khối máu chảy vào vùng đang chụp không bị bão hòa nên cho tín hiệu mạnh hơn so với các mô đứng yên. Càng vào trong sâu, khối máu càng bị bão hòa nhiều hơn nhưng phần trung tâm vẫn có tín hiệu mạnh hơn phần cận thành.


Hình 4:
Hiệu ứng cận thành: các voxel sát thành mạch chảy chậm và không đều bằng các voxel trung tâm, dẫn đến tín hiệu của dòng máu sát thành mạch bị mất.

Mạch đồ cộng hưởng từ MRA

Khả năng ghi nhận được sự chuyển động của máu trong lòng mạch so với các mô đứng yên xung quanh đã cho phép sử dụng các kỹ thuật cộng hưởng từ để đánh giá tình trạng bệnh lý của mạch máu. Hình ảnh mạch máu thu nhận được dù vẫn có những khác biệt so với hình mạch máu đồ chụp bằng X quang thường quy nhưng nhìn chung cả hai phương pháp đều có mục đích giống nhau và cho ra kết quả hình ảnh với rất nhiều đặc điểm tương tự. Vì lẽ đó, các phương pháp cộng hưởng từ dùng để chụp hình mạch máu cũng được gọi bằng một tên tương tự là mạch máu đồ cộng hưởng từ hay viết gọn hơn là mạch đồ cộng hưởng MRA (MR Angiography).

Mới nghe qua, chúng ta cứ ngỡ rằng chụp mạch máu cộng hưởng từ phải dùng đến thuốc tương phản, tương tự như chụp mạch máu bằng X quang hoặc CT phải dùng đến thuốc cản quang. Điều này chỉ đúng một phần. Các kỹ thuật mạch đồ cộng hưởng từ MRA có thể sử dụng thuốc tương phản hoặc có thể không. Khả năng không cần sử dụng thuốc tương phản là một ưu điểm hết sức tuyệt vời của cộng hưởng từ so với các kỹ thuật khác.

Các kỹ thuật mạch đồ cộng hưởng không dùng thuốc tương phản được chia thành hai nhóm: kỹ thuật máu tối (dark blood) hay máu đen (black blood) và kỹ thuật máu sáng (bright blood) hay máu trắng (white blood). Trong các kỹ thuật máu tối, người ta sử dụng hiệu ứng trống dòng hoặc một phương pháp khác để làm mất tín hiệu của dòng chảy, cho phép khảo sát và đánh giá chính xác hơn tình trạng của thành mạch. Ngược lại, các kỹ thuật máu sáng sử dụng hiệu ứng nội dòng (kỹ thuật TOF) hoặc sự khác biệt pha giữa hai lần chụp dòng mạch (kỹ thuật tương phản pha) để ghi nhận và biểu hiện dòng máu chảy sáng hơn mô xung quanh. Kỹ thuật TOF và kỹ thuật tương phản pha sẽ được bàn luận trong Phần 4.

Mặc dù các mạch đồ cộng hưởng đều có thể dùng phương pháp chụp hai chiều (2D) hoặc chụp ba chiều (3D) nhưng phương pháp ba chiều vẫn được ưa chuộng hơn. Sau khi thu dữ liệu vào trong k-không gian và dùng thuật toán biến đổi Fourier ba chiều (3DFT) để có được một tập dữ liệu số ba chiều, người ta có thể dùng một phương pháp dựng ảnh ba chiều để tái tạo lại hình ảnh mạch máu. Kỹ thuật tái tạo mạch máu ba chiều hay được sử dụng là MIP (maximum intensity projection).

2. MẠCH ĐỒ CỘNG HƯỞNG TỪ CÓ THUỐC TƯƠNG PHẢN

Như chúng ta đã biết tác dụng của các loại thuốc tương phản từ là làm cho thời gian T1 và T2 của các mô ngắn đi. Trong kỹ thuật chụp hình mạch máu, thuốc tương phản từ chủ yếu là nhóm gado chelate được bơm vào máu qua đường tĩnh mạch với một nồng độ thích hợp để làm cho T1 của máu ngắn hơn hẳn so với các mô đứng yên xung quanh, nhờ đó tín hiệu của máu trong lòng mạch đủ cao để có thể phân định rõ các mạch máu.

Chuỗi xung và các tham số

Trong chụp hình mạch máu có thuốc tương phản, người ta thường dùng phương pháp chụp ba chiều với chuỗi xung điểm vang thang từ có phá nhiễu (spoiled GRE). Thời vang TE cần phải thật ngắn để làm giảm tối đa tình trạng lệch pha của các proton trong máu. Thời kích TR cũng cần phải thật ngắn. Thứ nhất nó bảo đảm cho các mô đứng yên gần như bị bão hòa nên chúng không che khuất các mạch máu. Thứ hai nó bảo đảm cho chúng ta có thời gian ghi nhận đủ tín hiệu ngay trong lúc nồng độ thuốc tương phản còn khá cao trong động mạch. Góc lật cũng thường khá nhỏ, thay đổi trong khoảng 20o-45o, tương ứng với thời gian TR dưới 10 ms.

Để giảm bớt thời gian chụp, người ta còn điều chỉnh mặt phẳng chụp theo vị trí giải phẫu của mạch máu, chẳng hạn chụp theo mặt phẳng dọc nghiêng (sagittal oblique) đối với động mạch chủ (Hình 5). Ngoài ra vì mô mỡ có T1 khá ngắn nên để làm rõ hơn hình ảnh mạch máu, người ta có thể dùng thuốc với liều cao và bơm với tốc độ nhanh (kỹ thuật bơm dồn hay bơm bolus) hoặc phải dùng đến kỹ thuật xóa mỡ dù có tốn thêm thời gian thu nhận tín hiệu.


Hìn
h 5: Phình động mạch chủ đoạn lên ở một bệnh nhân nam 34 tuổi. (a) Hình dọc nghiêng có thuốc tương phản cho thấy giãn rộng gốc động mạch chủ (mũi tên) và một phần cung động mạch chủ đoạn lên. (b) Hình ngang theo hướng dòng máu phụt ra từ tâm thất trái cho thấy giãn rõ gốc động mạch chủ (mũi tên lớn) cùng với dòng máu phụt ngược (mũi tên nhỏ).

Định thời gian bơm thuốc

Do cần phải bảo đảm một nồng độ thuốc tương đối cao trong động mạch khi thực hiện chụp nên chúng ta cần phối hợp nhịp nhàng giữa thời điểm bơm thuốc và thời điểm phát xung chụp. Liều lượng thuốc thông thường là 40-50 mL được bơm với tốc độ 2-2,5 mL/giây, sau đó là 20 mL dung dịch nước muối sinh lý để rửa sạch thuốc trong lòng tĩnh mạch. Thời điểm phát xung có thể khoảng 25 giây sau đó đối với động mạch chủ ngực và 30 giây đối với động mạch chủ bụng.

Nín thở

Nín thở cũng là một động tác quan trọng để bảo đảm hình thu được không bị nhòe, đặc biệt khi cần chụp các mạch máu vùng ngực và bụng. Cho bệnh nhân thở thêm oxy và tăng thông khí có thể giúp bệnh nhân nín thở được lâu hơn, đa số có thể nín thêm được khoảng 25 giây. Dù vậy đối với bệnh nhân già hoặc thể trạng quá kém, nín thở lâu thường không thực hiện được.

3. KỸ THUẬT MẠCH ĐỒ MÁU ĐEN

Dựa trên hiệu ứng trống dòng (flow void) kèm với một phương pháp thích hợp nào đó, người ta có thể làm mất tín hiệu dòng máu đang chảy trong lòng mạch và nhờ đó cho thấy rõ hơn tình trạng của thành mạch (Hình 6). Những kỹ thuật chụp mạch máu loại này được gọi chung là kỹ thuật mạch đồ máu đen (black blood MRA).


Hình 6:
Chụp hình các mạch máu lớn ở tim bằng kỹ thuật máu đen. Trên hình này, dòng máu đang chảy không có tín hiệu (màu đen), làm nổi bật thành mạch của đoạn lên (đầu mũi tên đen), đoạn xuống (đầu mũi tên trắng) của quai động mạch chủ. RPA là động mạch phổi phải.

Để có hiệu ứng trống dòng, người ta sử dụng chuỗi xung điểm vang spin, thường gặp hơn là chuỗi xung nhanh FSE (fast spin echo) với một xâu điểm vang khá dài, càng làm cho lòng mạch đen thêm. Bổ sung thêm cho hiệu ứng trống dòng vốn gây ra bởi tình trạng lệch pha của các proton trong lòng mạch, người ta còn sử dụng nhiều phương pháp khác để làm cho chúng lệch pha nhau nhiều hơn nữa. Chẳng hạn dùng một xung bão hòa tác dụng trên khối máu trước khi nó đi vào lớp cắt định chụp, nhờ đó khi khối máu này đi vào lớp cắt, nó không bị tác dụng của xung kích thích và vì thế không cho tín hiệu. Rõ ràng phương pháp này chỉ có tác dụng tốt khi chúng ta biết rõ hướng của dòng chảy.

Một phương pháp khác hiệu quả hơn, đặc biệt ở những nơi có nhiều mạch máu lớn chảy theo nhiều hướng khác nhau như vùng tim và cung động mạch chủ. Phương pháp này, được gọi là kỹ thuật khử dòng đảo kép (double inversion nulling) sử dụng hai xung đảo 180o.

Trước tiên áp dụng một xung đảo không kèm thang từ để lật độ từ hóa dọc 180o. Loại xung này được gọi là xung đảo không chọn lọc vì nó tác dụng lên toàn bộ khối cơ thể đang cần chụp. Sau đó xung đảo thứ hai được áp dụng kèm với thang từ chọn lớp Gs. Khi này chỉ có các proton trong lớp cắt mới bị tác dụng và đảo ngược tiếp 180o trở lại vị trí ban đầu. Các proton bên ngoài lớp cắt vẫn bị đảo 180o. Khi đó nếu chọn một thời đảo TI thích hợp để độ từ hóa của máu khôi phục về zero, xung kích thích được phát ra lúc này không tác dụng lên dòng máu đang chảy, cho ra tín hiệu trống trong lòng mạch.

Kỹ thuật mạch đồ máu đen hay được sử dụng để chẩn đoán các bệnh lý của thành mạch, nhất là động mạch chủ. Các bệnh lý loại này hay gặp là: phình bóc tách động mạch chủ và tụ máu nội thành (Hình 7).


Hìn
h 7: Tụ máu nội thành ở một bệnh nhân nam 87 tuổi với triệu chứng đau ngực. Hình cắt ngang trọng T1 cho thấy thành mạch ở đoạn xuống của quai động chủ dày lên với tín hiệu tăng lên rõ rệt (mũi tên), phù hợp với tình trạng tụ máu nội thành.

4. KỸ THUẬT MẠCH ĐỒ MÁU SÁNG

Các kỹ thuật mạch đồ máu sáng ghi nhận dòng máu đang chảy trong lòng mạch nhờ vào tín hiệu của nó cao hơn các mô xung quanh. Về cơ bản có hai kỹ thuật mạch đồ máu sáng. Một được gọi là kỹ thuật TOF (time of flight) với nguyên lý dựa trên hiệu ứng nội dòng đã thảo luận ở Phần 1. Loại thứ hai là kỹ thuật tương phản pha (phase contrast) dựa trên sự khác biệt về pha của dòng máu khi nó chảy theo một chiều nào đó.

Kỹ thuật TOF

Kỹ thuật mạch đồ TOF dựa trên hiệu ứng nội dòng, nghĩa là hiện tượng tăng tín hiệu của dòng chảy so với các mô đứng yên khi một khối máu trôi vào một lớp cắt bởi vì nó không bị hoặc ít bị bão hòa hơn so với những mô đó (xem lại Hình 3). Cả hai phương pháp chụp hai chiều và ba chiều với chuỗi xung điểm vang thang từ GRE đều được sử dụng với những ưu khuyết điểm vốn có của chúng.

  1. Trong kỹ thuật TOF hai chiều (2D-TOF), khối máu “mới” chưa bị bão hòa phải “trôi” vào lớp cắt đang được khảo sát không cần quá lớn. Vì vậy kỹ thuật 2D-TOF rất có giá trị khi đánh giá các dòng chảy chậm, nhất là khi cần phân biệt giữa tình trạng chảy chậm với tắc nghẽn (Hình 8). Thời gian TR thường dùng từ 20 đến 50 ms, đủ ngắn để bảo đảm cho các mô đứng yên bị bão hòa và đủ dài để cho khối máu trôi vào lớp cắt chưa bị bão hòa. Góc lật cũng cần điều chỉnh tương tự. Góc lật lớn làm giảm tín hiệu của mô đứng yên (do có độ bão hòa cao) và làm tăng tín hiệu của khối máu đang chảy vào (do có độ bão hòa thấp) nên làm tăng độ tương phản giữa dòng máu chảy với mô đứng yên. Tuy nhiên sau đó khối máu bắt đầu bị bão hòa và giảm tín hiệu nên nếu dòng máu chảy chậm hoặc hầu như không chảy, đặc biệt là trong thì tâm trương, góc lật lớn sẽ làm giảm tín hiệu của dòng máu. Trong thực tế, một góc lật nằm trong khoảng từ 30o đến 60o thường đủ đến bảo đảm “chất lượng tương phản” của hình. Độ dày của lớp cắt cũng cần chọn khá mỏng để bảo đảm luôn có đủ lượng máu mới thay thế, nhất là khi có nghi ngờ tắc nghẽn. Khi đó, độ dày lớp cắt có khi chỉ cỡ 2 mm hoặc mỏng hơn. Ngoài các yêu cầu kỹ thuật vừa nêu, người ta còn sử dụng thêm hai kỹ thuật nữa để làm tăng chất lượng của ảnh. Thứ nhất là dùng các xung bão hòa để làm mất tín hiệu của những dòng chảy ngược như đã mô tả trong Phần 5.5. Thứ hai là dùng một kỹ thuật khử moment thang từ, thường được gọi là kỹ thuật bù dòng, để làm giảm tình trạng lệch pha của các proton trong dòng máu chảy.

  1. Với kỹ thuật TOF ba chiều (3D-TOF), độ phân giải và tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu SNR lớn hơn so với kỹ thuật TOF hai chiều. Vì vậy nó đánh giá tốt hơn các vùng máu chảy tốc độ cao, chẳng hạn vùng động mạch cảnh và vùng đa giác Willis (Hình 9). Tuy nhiên đối với các mạch máu có dòng chảy chậm, kỹ thuật khảo sát này không tốt bằng kỹ thuật 2D-TOF.     


Hình 8:
Bệnh lý mạch máu ngoại biên ở một bệnh nhân nam 65 tuổi có triệu chứng thiếu máu ở chân trái. Hình (a) chụp cẳng chân có thuốc tương phản cho thấy có tắc nghẽn ở động mạch kheo (mũi tên lớn) kèm với tình trạng tái cấu trúc ở động mạch chày sau (các mũi tên nhỏ). Động mạch chày trước và động mạch mác có biểu hiện tổn thương nhưng không thấy rõ. Hình (b) chụp bằng kỹ thuật 2D-TOF ở vùng thấp hơn một chút và sử dụng kỹ thuật dựng hình MIP cho thấy động mạch chày sau khá lớn và rõ ràng (các mũi tên lớn); động mạch chày trước chỉ còn rất nhỏ (các mũi tên nhỏ).

So với kỹ thuật chụp có thuốc tương phản, kỹ thuật mạch đồ TOF thuộc loại kỹ thuật không xâm phạm (noninvasive) nên an toàn và tiện lợi hơn. Dẫu vậy trong nhiều trường hợp, sử dụng thuốc tương phản vẫn giúp đánh giá thêm mức độ và phạm vi tổn thương (Hình 8 và 9). Đặc biệt, thời gian chụp khi có dùng thuốc tương phản thường ngắn hơn nhiều.

Kỹ thuật tương phản pha

Đúng như tên gọi của nó, kỹ thuật tương phản pha PC (phase contrast) sử dụng sự chênh lệch pha của dòng máu đang chảy giữa hai lần “chụp” để tính ra tốc độ của dòng chảy. Để làm được điều này, người ta phải có ít nhất hai bộ dữ liệu được ghi nhận cùng lúc hoặc xen kẽ nhau. Hai bộ dữ liệu này hoàn toàn giống nhau đối với các mô đứng yên; với dòng máu đang chảy, khác biệt về pha theo một trục nào đó cho phép tính ra tốc độ chảy của dòng máu (Hình 10).


Hìn
h 9: Hình có thuốc tương phản (a) cho thấy hẹp nặng một đoạn động mạch cảnh trong bên trái còn bên phải bị tắc ở thấp hơn một ít. Tuy nhiên trên hình chụp 3D-TOF ở vùng đa giác Willis (b), tình trạng thông nối vẫn rất tốt vì còn thấy rõ các đoạn A1, động mạch thông trước và thông sau.


Hìn
h 10: Hai hình thu được khi chụp tương phản pha động mạch chủ. Hình (a) được tạo từ tín hiệu với độ lớn thực sự của chúng. Đoạn lên của quai động mạch chủ (đầu mũi tên trắng), đoạn xuống (đầu mũi tên đen) và động mạch phổi gốc (MPA) đều có tín hiệu mạnh. Hình (b) là hình tương phản pha với đoạn xuống quai động mạch chủ sáng (mũi tên đen) vì dòng chảy thuận chiều còn đoạn lên (mũi tên trắng) và MPA đen vì dòng chảy ngược chiều.

Muốn tạo được sự khác biệt pha tùy theo vận tốc, người ta áp dụng một thang từ mã hóa hai thùy theo một trục cho một lần ghi nhận dữ liệu và áp dụng thang từ theo chiều ngược lại cho lần ghi nhận kia. Sự khác biệt về pha hay độ xê dịch pha khi đó tỷ lệ với vận tốc. Độ xê dịch này được điều chỉnh bằng cường độ thang từ và thời điểm áp dụng sao cho chúng nằm trong khoảng từ -180o đến +180o thông qua một tham số của chuỗi xung có tên là tham số mã hóa vận tốc VENC (velocity encoding) được tính theo đơn vị cm/s. Trong thực tế, để đánh giá các dòng chảy chậm như dịch não tủy, giá trị tham số VENC từ 5-10 cm/s; để đánh giá các dòng chảy nhanh trong các động mạch lớn, giá trị tham số VENC từ 80-400 cm/s.

Kỹ thuật tương phản pha tránh được tình trạng bão hòa hay xảy ra trong kỹ thuật TOF. Nó cũng có khả năng loại bỏ tín hiệu cao của các mô đứng yên như mỡ và các sản phẩm của máu. Những mô này vốn có T1 ngắn nên có thể cũng cho ra tín hiệu cao giống như tín hiệu dòng chảy trong kỹ thuật TOF. Dĩ nhiên khuyết điểm chính của kỹ thuật tương phản pha là tốn thời gian chụp.

Tương tự như kỹ thuật TOF, kỹ thuật tương phản pha cũng có thể dùng phương pháp chụp hai chiều (2D-PC) hoặc ba chiều (3D-PC). Để chụp các hình 2D-PC, chúng ta có thể cho bệnh nhân nín thở hoặc chụp qua nhiều giai đoạn của chu kỳ tim. Khi đó các mô đứng yên sẽ được biểu diễn bằng màu xám; dòng chảy theo một hướng có màu sáng và dòng chảy theo hướng ngược lại sẽ có màu đen (xem lại Hình 10). Mức độ xám phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy; chảy nhanh sẽ được biểu hiện thật trắng hoặc thật đen. Theo cách này, các hình 2D-PC có thể mã hóa vận tốc bằng các màu khác nhau thay vì mức độ trắng đen, tương tự như kỹ thuật Doppler màu.

Kỹ thuật 3D-PC, so với kỹ thuật 2D-PC, luôn có những ưu điểm tốt hơn về độ phân giải và tỷ lệ tín hiệu/nhiễu SNR. Khuyết điểm chính của nó là tốn thời gian hơn. Một đặc điểm đáng chú ý nữa là trong kỹ thuật 3D-PC, dòng máu cuộn xoáy có thể làm giảm tín hiệu dòng chảy, gây ra tình trạng dương tính giả. Tuy nhiên trong trường hợp có hẹp, dấu hiệu mất dòng chảy ở xa chỗ hẹp là một gợi ý đã có sự thay đổi lớn về mặt huyết động.

5. TÂM ĐỒ CỘNG HƯỞNG TỪ

Sự chuyển động hầu như liên tục của tim là một trở ngại rất lớn đối với các kỹ thuật chụp hình tim và các mạch máu lớn bằng cộng hưởng từ. Tuy nhiên trong những năm gần đây, nhờ những tiến bộ vượt bậc về công nghệ phần cứng và kỹ thuật chụp, người ta đã dần dần khắc phục được trở ngại này. Vì vậy cộng hưởng từ ngày nay đã trở thành một phương tiện chẩn đoán rất có giá trị đối với các bệnh lý tim bẩm sinh và mắc phải, kể cả các mạch máu lớn có liên quan như quai động mạch chủ.

Gác tim

Hoạt động co bóp của tim qua các thì tâm thu và tâm trương tuy là một hoạt động chức năng nhưng lại làm thay đổi cả về vị trí giải phẫu lẫn hình thái của tim và các mạch máu lớn. Trong một chu kỳ co bóp của tim, những thay đổi về mặt giải phẫu này hầu như xảy ra liên tục. Như vậy một hình chụp qua một mặt cắt nếu có thời gian ghi nhận dữ liệu kéo dài, nghĩa là thời gian chụp khá lâu, sẽ chỉ là một hình ảnh chồng chéo của nhiều cấu trúc giải phẫu đã chạy ngang qua mặt cắt đó trong thời gian ghi nhận dữ liệu.

Muốn chụp được một “khoảnh khắc” của tim, chúng ta không thể ghi đủ dữ liệu của khoảnh khắc đó trong một lần ghi, dù rằng hiện tại có những kỹ thuật ghi rất nhanh. Bù lại, do hoạt động co bóp của tim xảy ra có quy luật, mỗi chu kỳ tim đều có một khoảnh khắc “tương tự”. Thay vì ghi một lần tất cả dữ liệu cần thiết để chụp một khoảnh khắc, chúng ta sẽ ghi nhận dữ liệu từ nhiều khoảnh khắc tương tự trong các chu kỳ tim khác nhau. Khi này, tập hợp dữ liệu thu được qua các khoảnh khắc tương tự sẽ cùng nhau tạo ra hình ảnh chung của các khoảnh khắc đó trong mỗi chu kỳ tim.

Với cách làm như vậy, mọi kỹ thuật chụp hình tim cần phải xác định thời điểm chụp và ghi dữ liệu dựa vào các mốc thời gian trong một nhịp đập của tim. Các phương pháp sử dụng chu kỳ tim để xác định thời điểm chụp và ghi dữ liệu được gọi chung là kỹ thuật gác tim (cardiac gating).

Trong kỹ thuật gác tim, người ta có thể dùng điện tâm đồ ECG (electrocar- diography) hoặc mạch đập ngoại biên làm mốc chuẩn cho mỗi nhịp đập. Trong thực tế, phương pháp mạch đập ngoại biên ít được sử dụng vì chúng ta phải mất một thời gian nhất định kể từ lúc tim co bóp đến lúc có được tín hiệu mạch đập.

Theo phương pháp gác tim ECG, sóng R của phức hợp QRS được dùng làm tín hiệu kích hoạt. Khoảng cách R-R là một nhịp đập (một chu kỳ tim). Trong khoảng thời gian R-R, chúng ta có thể dùng một hoặc nhiều xung kích thích, mỗi xung tương ứng với một lần đo tín hiệu (lấy mẫu một điểm vang) và điền một hàng dữ liệu vào k-không gian.

Nếu mỗi nhịp đập chỉ phát một xung kích thích (R-R = TR), thời gian chụp sẽ rất lâu bởi vì chúng ta phải mất nhiều nhịp đập để ghi đủ dữ liệu cho một mặt cắt và cần phải có nhiều mặt cắt để khảo sát toàn bộ tim. Các kỹ thuật hiện nay đều phát nhiều xung kích thích trong một nhịp đập (TR nhỏ hơn nhiều so với R-R) theo một trong hai chế độ:

  1. Với thể thức nhiều-mặt, một-thì (multisection, single-phase mode), sau khi phát xung kích thích (một hoặc nhiều lần) rồi đo tín hiệu cho một mặt cắt, người ta lại tiếp tục kích thích và đo tín hiệu của các mặt cắt khác ngay trong một nhịp đập. Tên gọi nhiều-mặt, một-thì thật ra không chính xác bởi vì thể thức này mặc dù cho phép khảo sát toàn bộ cấu trúc giải phẫu của tim qua nhiều mặt cắt nhưng mỗi mặt cắt đều được khảo sát tại những thời điểm khác nhau (nhiều thì) trong chu kỳ tim chứ không phải một thì.

  1. Với thể thức một-mặt, nhiều-thì (single-section, multiphase mode), một mặt cắt được chụp nhiều lần qua suốt chu kỳ tim, cho thấy nhiều cấu trúc chạy ngang qua mặt cắt trong khoảng thời gian đó. Nếu số lượng hình chụp đủ nhiều và liên tục, loạt hình tại những thời điểm khác nhau của mặt cắt, khi được chiếu khá nhanh, sẽ tạo ra một đoạn phim xi-nê, cho phép khảo sát tình trạng động (chức năng) của tim và các mạch máu lớn. Cách chụp như thế được gọi là chụp cộng hưởng từ ci-nê (cine MRI).

Gác viễn cảnh và gác vọng cảnh

Như đã nói ở trên, sóng R của phức hợp QRS thường được dùng làm tín hiệu kích hoạt quá trình phát xung và lấy mẫu điểm vang. Có hai cách sử dụng sóng R khác nhau, được gọi là phương pháp gác viễn cảnh và gác vọng cảnh.

Trong phương pháp gác viễn cảnh (prospective gating), quá trình phát xung và lấy mẫu tín hiệu chỉ được thực hiện khi nhận được tín hiệu kích hoạt của sóng R và như vậy phụ thuộc hoàn toàn vào tín hiệu kích hoạt. Sau khi chụp xong một chu kỳ tim, quá trình này ngừng lại để chờ tín hiệu kích hoạt của chu kỳ tiếp theo. Nhờ vậy, phương pháp gác viễn cảnh ít bị ảnh hưởng bởi nhịp tim, nhất là trong những trường hợp các nhịp đập không đều.

Ngược lại, phương pháp gác vọng cảnh (retrospective gating) thực hiện đo dữ liệu liên tục qua suốt các chu kỳ tim những vẫn ghi nhận tín hiệu kích hoạt của sóng R như những mốc thời gian. Sau đó trong quá trình dựng ảnh, các mốc này được dùng để ghép dữ liệu từ nhiều chu kỳ tim khác nhau dựa vào khoảng cách giữa chúng đến các mốc. Như vậy trong phương pháp gác vọng cảnh, chúng ta có thể thu được dữ liệu của toàn bộ chu kỳ tim, kể cả khoảng thời gian cuối thì tâm trương.

Hình giải phẫu và hình chức năng

Tựu chung có hai nhóm chuỗi xung được sử dụng trong tâm đồ cộng hưởng từ: một cho thấy rõ cấu trúc giải phẫu và một cho phép đánh giá hoạt động co bóp của tim (chức năng) và các mạch máu lớn.

  1. Nhóm chuỗi xung cho ra hình ảnh giải phẫu cũng được gọi là nhóm chuỗi xung máu tối. Các chuỗi xung trong nhóm này đều thuộc loại chuỗi xung điểm vang spin (SE hoặc FSE) với thời gian chụp dài, cho ra hình ảnh giải phẫu nhờ vào hiệu ứng trống dòng. Nhờ dòng máu chảy đã bị mất tín hiệu, cấu trúc giải phẫu của tim và các mạch máu lớn được hiển thị tốt hơn. Với loại chuỗi xung này, người ta có thể chụp một loạt hình giải phẫu theo nhiều mặt cắt khác nhau qua tim. Loạt hình cắt ngang (Hình 11) hay được dùng trong các bệnh lý tim bẩm sinh.


Hình 11:
Loạt hình cắt ngang qua tim với chuỗi xung điểm vang spin cho thấy cấu trúc giải phẫu tương tự như trên CT. Aa, Ad: ĐMC lên và xuống; MP: ĐM phổi gốc; S, IVC: TMC trên và dưới; RP LP: ĐM phổi phải và trái; RB, LB: Phế quản phải và trái; RV, RA: thất và nhĩ phải; LV, LA: thất và nhĩ trái.

  1. Nhóm chuỗi xung chụp hình ảnh chức năng đa số thuộc loại chuỗi xung điểm vang thang từ GRE với thời gian chụp ngắn, cho ra một loạt hình xi-nê có tín hiệu máu sáng. Trong số này, chuỗi xung SSFP hay true- FISP với các tham số TR = 2,5-10 ms, TE = 1-2 ms, góc lật a = 8-20o rất hay được dùng (Hình 12).


Hình 12:
Hình xi-nê chụp bằng chuỗi xung SSFP theo trục ngắn của tim lần lượt qua các thì: đầu tâm thu, cuối tâm thu, đầu tâm trương, cuối tâm trương.

Các mặt cắt

Ngoài các mặt cắt ngang trục, cắt dọc đứng và cắt dọc trán thông thường, người ta phải thực hiện thêm các mặt cắt quan trọng: mặt cắt theo trục ngắn (short-axis section), mặt cắt theo trục dài (long-axis section) và mặt cắt bốn buồng (four-chamber section). Phương pháp thực hiện được gọi là chụp chếch đôi (double oblique projection). Khởi điểm là một mặt cắt ngang hoặc mặt cắt dọc trán cho thấy rõ hai buồng thất trái và nhĩ trái. Ở đây chúng ta dùng một mặt cắt ngang làm hình dẫn đường khởi điểm.


Hình 13:
Các hình hai buồng dẫn đường. Bên trái là hình cắt ngang khởi điểm, thu được từ loạt hình cắt ngang tương tự như trong Hình 11. Bên phải là hình hai buồng đứng thu được từ hình bên trái và làm hình dẫn đường cho các mặt cắt tiếp theo.

Trong Hình 13 chúng ta có một hình cắt ngang làm hình dẫn đường khởi điểm (hình bên trái). Hình này có thể lấy trong loạt hình cắt ngang tương tự như ở Hình 11. Từ đây chúng ta sẽ thực hiện mặt cắt chếch phải (right oblique projection) để cho ra hình hai buồng đứng ở bên trái của Hình 13. Từ hình hai buồng đứng dẫn đường, chúng ta sẽ có được mặt cắt theo trục ngắn (Hình 14) và mặt cắt theo trục dài (Hình 15).


Hình
14: Hình mặt cắt theo trục ngắn thu được từ hình hai buồng đứng dẫn đường của Hình 13.


Hình
15: Hình mặt cắt theo trục dài thu được từ hình hai buồng đứng dẫn đường của Hình 13.

Để thực hiện mặt cắt bốn buồng, chúng ta dựa vào mặt cắt theo trục ngắn đã thu được từ Hình 14. Bước cắt này được thực hiện theo như mô tả trong Hình 16.


Hình
16: Hình mặt cắt bốn buồng thu được từ mặt cắt theo trục ngắn ở Hình 14.

Một vài ứng dụng lâm sàng

Tâm đồ cộng hưởng từ rất có giá trị trong nhiều bệnh lý tim mạch. Một số ứng dụng lâm sàng thường gặp có thể kể ra là:

  1. Phình bóc tách động mạch chủ (aortic dissection). Cộng hưởng từ là một phương tiện chẩn đoán có giá trị để loại trừ bệnh lý bóc tách động mạch chủ. Nếu được chẩn đoán xác định, các hình ảnh thu được còn có thể cho thấy điểm vào và điểm ra của đoạn bóc tách, kể cả mức độ lan rộng đến các mạch máu lớn của quai động mạch chủ cũng như tình trạng huyết động ở động mạch chủ.

  2. Viêm màng ngoài tim co thắt (constrictive pericarditis). Phương tiện chụp cộng hưởng từ có gác tim bằng ECG cho phép phân biệt bệnh lý cơ tim hạn chế với viêm màng ngoài tim co thắt. Trong trường hợp viêm màng ngoài tim co thắt, màng tim sẽ dày ít nhất 4 mm và do đó làm tăng khoảng cách giữa vách buồng tim với bờ ngoài tim.

  3. Bệnh lý tim bẩm sinh (congenital heart disease). Nhờ khả năng phân định rõ cấu trúc giải phẫu và đánh giá được chức năng cũng như các dòng chảy, kỹ thuật cộng hưởng từ là một phương tiện chẩn đoán thường được sử dụng để đánh giá các bệnh tim bẩm sinh, đặc biệt là các bệnh lý có thông nối giữa các buồng tim.

Ngoài một vài bệnh lý thường gặp được nêu ở trên, các kỹ thuật tâm đồ cộng hưởng từ có thể đánh giá các bệnh lý cơ tim, hoạt động của các van tim, đo kích thước buồng tim, đánh giá dòng chảy. Hiện tại, các kỹ thuật chụp mạch vành bằng cộng hưởng từ cũng đang được nghiên cứu và đánh giá thử nghiệm.

6. KỸ THUẬT DỰNG HÌNH

Dựng hình hay tái định dạng để người xem có thể quan sát được vật ở nhiều góc độ khác nhau trong không gian ba chiều là bước cuối cùng không kém phần quan trọng trong quá trình chụp hình. Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính (phần cứng, phần mềm), quá trình dựng hình có thể được thực hiện và cho ra kết quả gần như ngay lập tức. Nhờ vậy trong nhiều tình huống, nó cho phép chúng ta có cơ sở đưa ra những quyết định chụp hình hợp lý và kinh tế hơn.

Tập dữ liệu làm cơ sở để dựng hình là một tập dữ liệu ba chiều. Nếu sử dụng kỹ thuật chụp ba chiều, chúng ta đã có sẵn một tập dữ liệu như thế. Tuy nhiên nếu sử dụng kỹ thuật chụp hai chiều, chúng ta phải “chồng ghép” dữ liệu của các lớp cắt để có được tập dữ liệu ba chiều (Hình 17). Trong trường hợp này, các lớp cắt và khoảng trống giữa chúng cần phải khá mỏng.


Hìn
h 17: Chồng ghép dữ liệu của các lớp cắt ngang để có được tập dữ liệu ba chiều.

Kỹ thuật MPR

Về lý thuyết, cộng hưởng từ cho phép chúng ta chụp trực tiếp mọi mặt cắt theo bất kỳ chiều hướng nào bằng cách điều chỉnh các thang từ chọn lớp sao cho lực tác dụng chung của chúng chỉ làm cho các proton trong lớp cắt định khảo sát có tần số quay phù hợp.

Tuy nhiên thực hiện quá nhiều mặt cắt ở những chiều hướng khác nhau sẽ làm tăng thời gian chụp. Thay vì thế, chúng ta chỉ chụp một số mặt cắt quan trọng và sử dụng một thuật toán thích hợp “cắt” dữ liệu ba chiều đã thu thập được theo một mặt cắt bất kỳ (Hình 18). Kỹ thuật này có tên là tái tạo đa phẳng MPR (multiplanar reformation hay reconstruction).


Hìn
h 18: Dựng lại một mặt cắt chếch để thấy rõ hơn hệ thống đường mật.

Kỹ thuật MIP

Khi chụp mạch máu có thuốc tương phản, tín hiệu của các voxel trong lòng mạch cao hơn hẳn tín hiệu của các mô xung quanh. Nếu tưởng tượng rằng chúng ta đang đứng quan sát hệ thống mạch máu từ một góc độ nào đó, chúng ta sẽ thấy hình ảnh mạch máu hiện rõ hẳn trên một nền tối hơn ở xung quanh (Hình 19).


Hình 19:
Ảnh chụp có thuốc tương phản vùng tim và quai động mạch chủ được dựng lại bằng kỹ thuật MIP cho thấy rõ hình ảnh tim và các mạch máu lớn quanh đó. Dấu hiệu hẹp cục bộ ở động mạch dưới đòn trái biểu hiện bằng một đoạn thu nhỏ dần và mất tín hiệu (đầu mũi tên). Ở đoạn xa (mũi tên) bị mất tín hiệu do thuốc tương phản đậm hơn ở tĩnh mạch cạnh đó.

Kỹ thuật MIP (maximum-intensity projection) sử dụng ý tưởng đơn giản này. Giả thiết rằng người quan sát đứng ở một góc độ nhất định hướng về vật cần quan sát, kỹ thuật MIP sẽ giữ lại các voxel có tín hiệu cao nhất trên mỗi đường thẳng nối từ mắt người quan sát đến vật (tia quan sát). Khi chụp mạch máu có dùng thuốc tương phản (trong cộng hưởng từ) hoặc thuốc cản quang (trong CT), các voxel có giá trị cao nhất trên một tia quan sát đa phần là các voxel của mạch máu. Đối với CT, kỹ thuật MIP có thể dùng để tái tạo lại hình ảnh của khung xương (Hình 20).


Hình 20:
Các tia quan sát từ mắt người quan sát đến vật chỉ nhìn thấy các voxel có giá trị cao nhất. Xương (trên CT) và các mạch máu có tiêm thuốc (trên CT và cộng hưởng từ) thường có các voxel như vậy nên người quan sát có thể nhìn thấy chúng rõ hơn so với các mô xung quanh.

Trong lĩnh vực cộng hưởng từ mạch máu, kỹ thuật MIP cũng có thể được dùng cho cả trường hợp không dùng thuốc tương phản. Với các dữ liệu thu được bằng các kỹ thuật mạch đồ máu sáng, chúng ta có thể dùng kỹ thuật MIP để dựng lại hình ảnh mạch máu (xem lại Hình 8).

Kỹ thuật dựng bề mặt

Trong k thuật dng bề mặt (surface rendering), các voxel nằm ở bờ của một cấu trúc sẽ được xác định và cho hiển thị ra; các voxel còn lại được cho “ẩn đi”, tạo ra một hình ảnh bề mặt của một cấu trúc.

Mặc dù không được phổ biến như các kỹ thuật MIP và MPR, kỹ thuật dựng bề mặt cho phép “quan sát” rõ bề mặt (mặt trong và mặt ngoài) của một cấu trúc. Đặc biệt đối với các cơ quan dạng ống như ống tiêu hóa, khí phế quản hoặc mạch máu, kỹ thuật này cho phép thực hiện các cuộc ngoại soi ảo (virtual exoscopy) hoặc nội soi ảo (virtual endoscopy) như được minh họa trong Hình 21.


Hìn
h 21: Nội soi ảo ruột già (virtual colonoscopy) cho phép nhìn thấy polyp ở cả hai phía khi đi từ trong ra (A) và từ ngoài vào (B).

Kỹ thuật dựng khối vật

Mặc dù mới chỉ được ứng dụng trong thời gian gần đây do các yêu cầu tốc độ xử lý của máy tính quá cao, k thuật dng khối vật (volume rendering) thật ra là trường hợp tổng quát của hai kỹ thuật MIP và kỹ thuật dựng bề mặt. Trong kỹ thuật này, toàn bộ tập dữ liệu ba chiều đều được sử dụng; mỗi voxel được cho hiển thị hoặc không hiển thị dựa trên các ngưỡng của một số tham số được chọn trước, nhờ vậy người quan sát có thể định ra một mức độ trong suốt, cho phép họ “nhìn thấu” vào các cấu trúc sâu hơn.


Hình 22:
(a) Hình ảnh các nhánh động mạch não giữa (các đầu mũi tên) và khối thuyên tắc (mũi tên) được dựng lại bằng kỹ thuật dựng khối vật. (b) Hình chụp tương ứng trong lúc phẫu thuật.

7. NHỮNG ĐIỂM CẦN GHI NHỚ

  • Có thể phân chia tình trạng dòng chảy thành ba loại: dòng chảy đều, dòng chảy dồn và dòng cuộn xoáy. Trong dòng chảy đều, vận tốc của mọi voxel đều như n Trong dòng chảy dồn, các voxel ở trung tâm chảy đều và nhanh hơn các voxel ở sát thành mạch.
  • Ba hiệu ứng dòng chảy đáng chú ý là: hiệu ứng trống dòng bị mất hẳn tín hiệu trong lòng mạch; hiệu ứng nội dòng có tín hiệu dòng chảy mạnh hơn các mô đứng yên xung quanh tuy càng chảy tiếp, tín hiệu càng giảm nhưng vùng trung tâm vẫn mạnh hơn vùng sát thành mạch; hiệu ứng cận thành là một dạng hiệu ứng trống dòng, trong đó dòng chảy sát thành mạch bị mất tín hiệu.
  • Các kỹ thuật mạch đồ cộng hưởng nói chung được chia thành ba nhóm: mạch đồ cộng hưởng có dùng thuốc tương phản từ, mạch đồ máu đen và mạch đồ máu sáng. Mạch đồ máu đen sử dụng hiệu ứng trống dòng và một số kỹ thuật phụ trợ khác để làm mất tín hiệu của dòng chảy trong lòng mạch, cho phép đánh giá được tình trạng của thành mạch. Mạch đồ máu sáng sử dụng hiệu ứng nội dòng, cho ra kỹ thuật chụp TOF. Mạch đồ máu sáng cũng sử dụng độ chênh lệch pha (kỹ thuật tương phản pha) của dòng chảy để tính toán và đánh giá được vận tốc của dòng chảy.
  • Tâm đồ cộng hưởng từ sử dụng kỹ thuật gác tim bằng điện tâm đồ, cho phép chụp một loạt các phim liên tục nhau (phim xi-nê). Bằng cách đó chúng ta có thể đánh giá được chức năng co bóp của tim qua các thì của chu kỳ tim.
  • Các kỹ thuật dựng hình thông dụng trong lĩnh vực hình ảnh y học bao gồm: kỹ thuật MPR, kỹ thuật MIP, kỹ thuật dựng bề mặt và kỹ thuật dựng khối vật. Kỹ thuật MPR cho phép chúng ta xem xét vùng cơ thể đã được chụp theo một mặt cắt bất kỳ, không chỉ là những mặt cắt được thực hiện trong lúc chụp. Kỹ thuật MIP giữ lại những điểm “sáng nhất” khi chúng ta đang quan sát vùng cơ thể đã được chụp từ một góc độ bất kỳ, do vậy kỹ thuật này có thể được dùng để dựng lại hình ảnh xương (trong CT) hoặc hình ảnh mạch máu (CT và cộng hưởng từ). Kỹ thuật dựng bề mặt có thể được dùng trong các cuộc nội soi hoặc ngoại soi ảo vì nó cho phép nhìn thấy bề mặt của vật. Cuối cùng kỹ thuật dựng khối vật cho phép dựng lại toàn bộ khối cơ thể cần khảo sát và có thể “bóc” khối này theo từng lớp. 

Nguồn: Trần Đức Quang (2008), Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ, Chương 8, NXB ĐHQG TPHCM, Trang 113-136.