giới thiệu MRI VN phần 5

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

153
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chúng ta đã biết rằng nếu T1 của mô dài thì thời gian TR ngắn,ta chỉ có được một độ từ hóa ngang nhỏ vì vậy sẽ ra một tín hiệu yếu.Tuy nhiên nếu biết cân đối thì trong trường hợp này chúng ta vẫn có thể thu được một tín hiệu cộng hưởng từ đủ mạnh.Về mặt lý thuyết,nếu chúng ta định dùng thời gian TR trên một mô có thời gian T1 đã

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: giới thiệu MRI VN phần 5

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM 2.8.5. Góc Ernst Chúng ta đã biết rằng nếu T1 của mô dài thì thời gian TR ngắn,ta chỉ có được một độ từ hóa ngang nhỏ vì vậy sẽ ra một tín hiệu yếu.Tuy nhiên nếu biết cân đối thì trong trường hợp này chúng ta vẫn có thể thu được một tín hiệu cộng hưởng từ đủ mạnh.Về mặt lý thuyết,nếu chúng ta định dùng thời gian TR trên một mô có thời gian T1 đã biết,góc lật tối ưu cho phép tạo ra được tín hiệu mạnh nhất có thể ta có: Ta gọi véctơ từ hóa dọc tại thời gian TR thứ n là: Mz(n)=Mz Khi có một xung RF tác dụng thì véctơ từ hóa dọc lật đi một góc φ ta có: Mz=Mz(n)cosφ Sau khoảng thời gian TR là thời gian hồi phục T1 thứ (n+1) ta có: −TR / T1 Mz(n+1)=M0-[M0-Mz(n)cosφ] e Tại vị trí cân bằng ta có: M z ( n + 1) = M z ( n) = M z M z (1 − cos ϕ .e −TR / T ) = M 0 (1 − e −TR / T ) 1 1 M 0 (1 − e −TR / T ) 1 ⇒ Mz = 1 − cos ϕ .e −TR / T 1 Véctơ từ hóa ngang tại vị trí cân bằng là Mxy=Mzsinφ vậy ta có: ).sin ϕ − TR / T1 M 0 (1 − e M xy = 1 − cos ϕ .e − TR / T1 Vậy tín hiệu mạnh nhất thu được khi cos ϕ E = e − TR / T1 ⇒ ϕ E = arc cos( e − TR / T1 ) (2.53) ϕ E =Ernst Angle (góc lật tối ưu tương ứng với các giá trị TR và T1 cho trước được gọi là góc Ernst) SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 44 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CHƯƠNG III: C U T O,HO TĐ CA THI T BỊ CH P CT L P C N HƯ NG T H T NHN ẤẠ ẠỘ Ủ NG Ế Ụ Ắ Ớ ỘG Ở ỪẠ Â 3.1. Tồng quan về phần cứng: Hình 3.1: Sơ đồ khối của thiết bị chụp cắt lớp CHTHN Thiết bị chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân bao gồm một số các thành phần chính như sau: • Hệ thống nam châm gồm các cuộn nam châm siêu dẫn: tạo ra từ trường chính cực mạnh không đổi • Hệ thống các cuộn gradient: tạo trường gradient • Các cuộn thu phát sóng vô tuyến RF: phát xung vô tuyến và thu tín hiệu CHTHN. • Hệ thống định vị và kiểm soát bệnh nhân (bàn bệnh nhân). SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 45 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM • Hệ thống thu nhận tín hiệu gồm bộ tiền khuếch đại, bộ tách sóng pha cầu phương và thiết bị số hoá: xử lý tín hiệu CHTHN trước khi đưa vào hệ thống máy tính để tái tạo ảnh • Hệ thống máy tính chuyên dụng: Bao gồm hệ thống điều khiển (điều khiển toàn bộ quá trình chụp), hệ thống lưu trữ,xử lý và tạo ảnh, hệ thống phân tích hiển thị ảnh… • Máy in phim : dùng để in ra ảnh 3.2. Chức năng và hoạt động của từng khối 3.2.1. Hệ thống nam châm Chức năng Hệ thống nam châm có chức năng tạo ra từ trường chính Bo. Để đáp ứng yêu cầu cường độ từ trường rất lớn từ 1 Tesla đến 4 Tesla (tùy từng thiết bị cụ thể) và độ đồng nhất cao nhằm khôi phục chính xác cấu trúc của đối tượng nên thông thường nó là các nam châm điện từ với các cuộn dây siêu dẫn được giữ ở nhiệt độ gần 0 độ K nhờ các hỗn hợp dung dịch làm lạnh như : Hêli, Nitơ… Sơ đồ chức năng của hệ thống nam châm: Hệ thống nam châm bao gồm nam châm,khối nguồn và khối kiểm soát nam châm.khối nguồn nhận dòng điện từ mạng điện và cung cấp cho nam châm.Khối kiểm soát nam châm bao gồm: • Mạch điều khiển tắt khẩn cấp nam châm • Mạch báo hiệu mức dung dịch Hêli • Mạch cảnh báo chung • Mạch báo hiệu nhiệt độ phòng Hoạt động của hệ thống nam châm: Hệ thống phân phối nguồn cấp nguồn cho khối nguồn riêng của nam châm.Khối này đưa dòng điện vào dây siêu dẫn,dòng trong dây siêu dẫn tạo ra từ trường B0. Khi tắt hệ thống sau ngày làm việc,khối nguồn sẽ thực hiện phóng điện để ngắt dòng điện trong dây siêu dẫn.Hệ thống kiểm soát nam châm theo dõi hoạt động của nam châm. SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 46 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Khi có sự cố cần dừng khẩn cấp hoạt động nam châm,nhân viên ấn nút tắt khẩn cấp,mạch tắt khẩn cấp làm việc sẽ tiến hành ngắt nguồn,phóng điện trong dây siêu dẫn và xả bỏ dung dịch Hêli nhằm nhanh chóng giảm cường độ từ trường chính về 0.Mạch báo hiệu mức Hêli theo dõi mức Hêli và hiển thị cảnh báo bằng đèn LED.Mạch báo hiệu nhiệt độ phòng theo dõi nhiệt độ phòng và báo hiệu khi nhiệt độ phòng vượt quá 270C Hệ thống nguồn Khối nguồn của điện chung nam châm Mạch điều khiển tắt khẩn cấp Báo hiệu Nam châm mức Hêli Nút tắt khẩn cấp Cảnh báo chung Nhiệt độ phòng . Hình 3.2: Hệ thống nam châm Cấu trúc nam châm: Nam châm là thành phần đắt giá nhất trong hệ thống MRI.Đối với các thiết bị MRI sử dụng nam châm siêu dẫn thì nam châm siêu dẫn là một nam châm điện được sản xuất từ dây siêu dẫn. SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 47 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Hình 3.3: Cấu tạo của một nam châm siêu dẫn Dây siêu dẫn có điện trở xấp xỉ bằng 0 khi được giữ lạnh ở nhiệt độ gần 00 tuyệt đối ( -2730C hay 00K) bằng cách nhúng vào dung dịch Hêli.Một dòng điện chạy qua cuộn dây dẫn sẽ vẫn tiếp tục chạy qua cuộn dây khi nó được nhúng trong dung dịch Hêli.Một số mất mát có thể xảy ra do điện trở nhỏ hữu hạn của cuộn dây.Những mất mát này sẽ làm suy giảm từ trường ở mức độ khoảng một phần triệu từ trường chính trong một năm.Chiều dài siêu dẫn trong nam châm thường khoảng vài km.Cả cuộn dây và dung dịch Hêli được giữ trong hộp lớn.Trong thiết kế nam châm ban đầu hộp này thường được bao bọc trong các túi dung dịch Nitơ (77.40K) hoạt động như những bộ đệm nhiệt giữa nhiệt độ phòng và dung dịch Hêli.Trong thiết kế nam châm sau này vùng đệm nhiệt bằng dung dịch Nitơ được thay bằng vùng làm lạnh bởi máy lạnh.Thiết kế này loại bỏ được việc phải thêm dung dịch Nitơ vào thành phần nam châm 3.2.2. Hệ thống tạo trường gradient Đúng như tên gọi, hệ thống này có chức năng tạo ra từ trường gradient bổ xung vào từ trường chính Bo để tham gia vào quá trình mã hoá và giải mã về không gian cho tín hiệu CHTHN phát ra từ đối tượng SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 48 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Hệ thống tạo trường gradient gồm các cuộn gradient có cấu trúc thích hợp nhằm tạo ra từ trường gradient có cường độ và định hướng mong muốn. Các cuộn dây gradient thường bao gồm 3 cuộn: Cuộn Gx, cuộn Gy và cuộn Gz, tạo ra 3 từ trường gradient tương ứng theo 3 trục X, Y và Z. Hình 3.4: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục Y Hình 3.5: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục Z SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 49 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Hình 3.6: Cuộn dây tạo trường gradient theo trục X 3.2.3. Hệ thống thiết bị vô tuyến Hệ thống thiết bị vô tuyến có chức năng tạo ra xung vô tuyến (hay từ trường kích động B1) để kích thích tín hiệu CHTHN, sau đó thực hiện thu nhận và xử lý sơ bộ tín hiệu vô tuyến phát ra từ các mô của đối tượng. Hệ thống vô tuyến gồm một số thành phần chủ yếu như các cuộn dây RF, nguồn phát xung vô tuyến, các bộ khuếch đại vô tuyến. Xuất phát từ chức năng thu và phát tín hiệu vô tuyến, cuộn dây RF thường chia làm 3 loại chính: − Các cuộn kết hợp phát và thu (cuộn thu phát). − Cuộn phát riêng. − Cuộn thu riêng. Cuộn thu phát vừa đóng vai trò bộ phát xung vô tuyến vừa là bộ thu năng lượng sóng vô tuyến từ đối tượng cần được tạo ảnh. Cuộn phát riêng được sử dụng chỉ để phát xung vô tuyến, còn cuộn thu riêng được sử dụng chỉ để thu nhận tín hiệu từ các spin của đối tượng cần được tạo ảnh. Mỗi loại cuộn dây trên lại có rất nhiều dạng khác nhau. Cuộn RF trong thiết bị chụp cắt lớp có thể được so sánh với thấu kính của máy chụp ảnh. SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 50 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Giống như trong chụp ảnh sử dụng các loại thấu kính khác nhau để chụp cảnh gần và chụp cảnh xa với góc nhìn thay đổi, trong chụp cắt lớp cũng có nhiều loại cuộn dây RF để bảo đảm thích hợp với các trường hợp có thể xảy ra. Hình 3.7: Cấu tạo bên trong của cuộn dây bề mặt(A) và cuộn dây khối thể tích(B) Một cuộn dây tạo ảnh phải cộng hưởng hay lưu trữ năng lượng có hiệu quả ở tần số Larmor. Tất cả các cuộn tạo ảnh đều có cấu trúc bao gồm các phần tử điện cảm L và điện dung C hình thành mạch cộng hưởng LC với tần số cộng hưởng ν được xác định như sau: 1 ν= 2π LC Một số kiểu cuộn dây tạo ảnh được điều chỉnh phù hợp với từng bệnh nhân bằng cách thay đổi điện dung theo một quy luật nào đó. Một yêu cầu khác của cuộn tạo ảnh là từ trường B1 (do xung vô tuyến tạo ra) phải trực giao với từ trường chính B0. Một số kiểu cuộn tạo ảnh thông dụng nhất sẽ được mô tả dưới đây.Việc mô tả sẽ chỉ ra chiều từ trường B1,phương thức tác động và các ứng dụng của cuộn dây SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 51 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM • Cuộn từ tính nhiều vòng tròn ( Multi Turn Solenoid ). Hình 3.8: Cuộn từ tính nhiều vòng • Cuộn bề mặt (Surface Coil). Cuộn bề mặt rất thông dụng vì chúng là cuộn thu và có tỉ số SNR cao Chiều nhạy cảm với tín hiệu RF Hình 3.9: Cuộn bề mặt SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 52 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM • Cuộn lồng chim (Bird Cage Coil). Cuộn lồng chim được sử dụng khi tạo ảnh đầu và sọ não Hình 3.10: Cuộn lồng chim • Cuộn từ tính một vòng tròn (Single Turn Solenoid ). Cuộn từ tính một vòng tròn sử dụng tạo ảnh các phần đầu mút,ví dụ như tạo ảnh ngực và cổ tay Hình 3.11: Cuộn từ tính một vòng tròn SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 53 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM • Cuộn yên ngựa (Saddle Coil). Hình 3.12: Cuộn yên ngựa • Cuộn mạng pha (Phased-Array Coil ). Cuộn bề mặt và cuộn mạng pha thường đóng vai trò cuộn thu.Khi cuộn bề mặt hay cuộn mạng pha được sử dụng,một cuộn dây khác trong thiết bị chụp cắt lớp sẽ được sử dụng làm bộ phát năng lượng tần số vô tuyến để phát các xung 900 và 1800 3.2.4. Hệ thống định vị và kiểm soát bệnh nhân Hệ thống định vị bệnh nhân hay còn được gọi là bàn bệnh nhân. Đây là hệ thống cho phép dịch chuyển và định vị bệnh nhân với độ chính xác rất cao. Nó được điều khiển bởi máy tính và cho phép bác sỹ hoặc thao tác viên có thể điều khiển chọn các vùng cần chụp trên bệnh nhân. Các thiết bị kiểm soát bệnh nhân bao gồm: Cảm biến xung, cảm biến hô hấp, cảm biến điện tâm đồ dùng trong kiểm soát bệnh nhân và chụp đồng bộ sinh lý; điện cực và đầu đo điện tâm đồ, cảm biến hồng ngoại, dây đai khí nén cố định ngực, camera trong khoang chụp, thiết bị liên lạc với bệnh nhân và thiết bị gọi nhân viên của bệnh nhân (bóng bóp báo động). 3.2.5. Hệ thống thu nhận tín hiệu Bộ tách sóng cầu phương là thành phần chính của khối thu. Đây là một thiết bị tách riêng các tín hiệu Mx và My từ tín hiệu thu được từ cuộn thu RF. SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 54 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Nó thực hiện chuyển đổi tín hiệu CHTHN từ dạng tín hiệu vô tuyến (tần số hàng trăm MHz) sang dạng tín hiệu âm tần (tần số khoảng chục KHz). Trung tâm của bộ tách sóng cầu phương là bộ trộn cân bằng kép (Doubly Balanced Mixer - DBM). Hình 3.13: Sơ đồ bộ trộn cân bằng kép Bộ trộn cân bằng có 2 đầu vào và một đầu ra. Nếu tín hiệu đầu vào là cos(A) và cos(B), tín hiệu đầu ra sẽ là 1/2 cos(A+B) và 1/2 cos(A-B). Vì vậy bộ trộn này còn gọi là bộ tách sóng nhân do đầu ra là tích của cos(A) và cos(B). Hình 3.14: Sơ đồ bộ tách sóng pha cầu phương SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 55 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Bộ tách sóng cầu phương thường có 2 bộ trộn cân bằng, 2 bộ lọc, 2 bộ khuếch đại và 1 bộ dịch pha 900. Thiết bị có 2 đầu vào và 2 đầu ra. Tần số ω và ω0 được đưa vào, còn các thành phần Mx và My của véc tơ từ hoá ngang được lấy ra. 3.2.6. Hệ thống máy tính chuyên dụng, bàn điều khiển và hiển thị Toàn bộ hoạt động của thiết bị chụp cắt lớp CHTHN được điều khiển bởi phần mềm cài sẵn trên một hệ thống máy tính chuyên dụng có tốc độ xử lý cao. Tại đây quá trình chụp được điều khiển bởi các thủ tục lưu sẵn trong máy tính và do người sử dụng lựa chọn. Máy tính thực hiện quá trình tái tạo ảnh gồm các thuật toán biến đổi Fourier, Radon, tích cuộn…và hiển thị ảnh. Ảnh chụp cắt lớp tái tạo xong có thể quan sát trực tiếp trên màn hình máy tính hoặc in ra phim nhờ máy in phim. 3.2.7. Một số dạng phantom: Phantom là thiết bị mô phỏng bệnh nhân thực được sử dụng trong quá trình chụp kiểm tra chất kiểm tra chất lượng làm việc của hệ thống sau đây là một và dạng phantom thường được sử dụng: • Phantom đầu hình cầu: đường kính 17cm,thể tích dung dịch 2.571 lít,lượng chất nạp vào: 1.25gNiSO4.6H2O/lít • Phantom toàn thân hình cầu:đường kính 24 cm,thể tích dung dịch 7.236 lít lượng chất nạp 1.25gNiSO4.6H2O/lít • Phantom đầu lớn hình trụ:thể tích dung dịch 3.911 lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+3gNaCl/lít • Phantom đầu lớn hình trụ tròn rỗng:thể tích dung dịch 6.534 lít,lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+3gNaCl/lít • Phantom toàn thân lớn,hình trụ elip rỗng:thể tích dung dịch 18.25 lít lượng chất nạp vào 3gMnCl2.4H2O+5gNaCl/lít • Phantom hình chai:đường kính 11.6 cm thể tích dung dịch 2 lít lượng chất nạp vào 1.25gNiSO4.6H2O+6gNaCl/lít SVTH:NGÔ ĐỨC NGỌC - 56 -