Máy tạo ảnh MRI là gì?

MRI là viết tắt của ba chữ Magnetic Resonance Imaging, dịch là tạo ảnh cộng hưởng từ (magnetic là từ, resonance là cộng hưởng và imaging là tạo ảnh). Dùng chữ tiếng Việt nghe nó dài dòng nên tôi xin dùng chữ MRI cho tiện.

Máy MRI, còn được gọi là máy quét MRI (MRI scanner), dùng từ trường, sóng radio và tính chất của các nguyên tử hydro để tạo ra hình ảnh của các cơ quan trong cơ thể mà không phải mổ xẻ.

Máy MRI an toàn vì không dùng chất có phóng xạ như chụp hình quang tuyến X. Vì lý do đó máy MRI hiện nay rất được ưa chuộng, tuy mỗi lần chụp hình MRI rất là đắt tiền. Theo một thống kê thì mỗi năm tại Hoa Kỳ có 40 triệu lần tạo ảnh bằng MRI với tổn phí gần $50 tỷ. 

Các thành phần của MRI

Bộ phận quan trọng nhất của máy MRI là cái nam châm. Đây không phải là một cái nam châm bình thường mà là một nam châm cực mạnh. Đơn vị để đo sức mạnh của nam châm của MRI là tesla. Nam châm của một MRI tạo nên một từ trường có sức mạnh từ 0.5 tới 2 tesla. Trong khi đó từ trường trên mặt đất của địa từ chỉ có khoảng từ 30 tới 60 microtesla, có nghĩa là từ trường của máy quét MRI mạnh hơn 10,000 lần địa từ.

Để có được nam châm mạnh như vậy các máy MRI thường dùng nam châm siêu dẫn (superconducting magnet). Các cuộn dây của nam châm siêu dẫn phải để trong một môi trường cực lạnh (âm 269.1 độ C). Tốn rất nhiều năng lực để duy trì độ lạnh như vậy, do đó rất tốn tiền.

Một bộ phận khác của máy MRI là những ống xoắn để phát ra sóng tần số radio (radio frequency, viết tắt là RF). Để được hữu hiệu hơn, máy MRI có nhiều ống xoắn khác nhau tùy theo cơ quan trong người. Mỗi ống xoắn có hình cong theo cơ quan cần tạo hình.

Máy MRI có một hệ thống điện tử gồm một máy tính, hệ thống kiểm soát và màn hình để kiểm soát, tạo hình và hiển thị hình từ những dữ liệu thâu nhận được.

Ngoài ra máy quét MRI còn có mấy nam châm phụ gọi là nam châm građien (gradient magnet). Nam châm građien giúp cho máy quét MRI có thể tạo hình một lớp mỏng cơ thể con người (như dao cắt) theo bất cứ một chiều hướng nào. Đặc điểm này rất hữu ích vì bác sĩ có thể chú trọng tới chỗ bất thường.

Nguyên tắc của máy MRI

Cơ thể con người phần lớn là những phân tử nước gồm có các nguyên tử oxy và hydro. Tại tâm điểm của nguyên tử hydro có proton. Proton cũng giống như một nam châm tức là nhạy cảm đối với từ trường. Bình thường thì những proton này xoay lung tung không theo một chiều hướng nhất định. Khi ở trong máy quét MRI với một từ trường rất mạnh thì các proton ấy hướng theo một chiều giống như một nam châm. Máy quét MRI phát ra một sóng RF với một tần số định sẵn và nhắm vào phần của cơ thể cần khảo sát. Sóng RF này làm cho một số proton hấp thụ năng lượng và xoay với một chu kỳ và theo một hướng riêng biệt.

Khi tắt sóng RF thì những proton từ từ trở lại theo hướng nam châm và nhả năng lượng ra. Trong khi nhả năng lượng thì nó phát ra một tín hiệu. Cuộn dây xoắn thâu nhận tín hiệu và gửi tới máy tính. Máy tính dùng những thuật toán như phép biến đổi Fourier (Fourier transform) để biến những tín hiệu nhận được thành hình ảnh.

Tiến trình phát triển MRI

Vào năm 1882, ông Nikola Tesla là người đầu tiên diễn tả từ trường xoay. Đây là một khám phá quan trọng trong vật lý và sau này dẫn đến việc chế tạo MRI. Vì lý do đó đơn vị đo sức mạnh của từ trường của MRI được gọi là tesla để vinh danh ông Nikola Tesla.

Năm 1938, Tiến Sĩ Isidor Rabi, một giáo sư vật lý Đại Học Columbia, đưa một cụm các phân tử qua một từ trường và chứng minh là ông ta có thể làm các phân tử đó phát ra sóng radio với một tần số riêng biệt. Ông ta gọi đó là sự cộng hưởng từ nguyên tử (nuclear magnetic resonance, viết tắt là NMR). Vì phát minh này ông được trao giải Nobel vật lý vào năm 1944. Lúc đầu phương pháp của ông Rabi chỉ được dùng để phân giải các cấu trúc của các hóa chất.

Vào năm 1971, bác sĩ và khoa học gia Raymond Damadian công bố trong một bài khảo cứu là có thể dùng phương pháp NMR để phát hiện ra tế bào ung thư vì tế bào ung thư phát ra tín hiệu khác với tế bào lành mạnh. Vào năm 1977, ông ta hoàn thành máy quét toàn cơ thể dùng phương pháp NMR đầu tiên trên thế giới.

Trong khi đó, Tiến Sĩ Hóa Học Paul Lauterbur tại Đại Học Mellon Institude ở Pittsburgh, Pennsylvania, dùng phương pháp NMR để nghiên cứu các nguyên tử và phân tử. Sau khi đọc bài khảo cứu của ông Damadian ông Lauterbur bắt đầu chú ý tới việc áp dụng NMR cho sinh học. Cho tới lúc bấy giờ các nhà khoa học dùng một từ trường đồng đều. Ông Lauterbur nhận định là nếu dùng một từ trường không đồng đều thì tín hiệu radio sẽ phát ra từ một lát mỏng của mẫu thử nghiệm, do đó có thể tạo thành một ảnh hai chiều. Ông công bố kết quả nghiên cứu này vào năm 1973.

Đồng thời, nhà vật lý học Peter Mansfield bên Anh Quốc phát triển một phương pháp toán học để xử lý các tín hiệu nhận được của MRI một cách nhanh chóng hơn, thay vì cả mấy giờ đồng hồ thì rút lại chỉ có khoảng 15 tới 30 phút. Vì những phát minh này mà hai ông Lauterbur và Mansfield được giải Nobel y khoa vào năm 2003. Có nhiều tranh cãi về giải Nobel này vì ông Damadian đã bị bỏ qua.

Áp dụng của MRI

Có rất nhiều áp dụng của MRI để chẩn đoán bệnh trong các phần của cơ thể: Não bộ, tủy sống, tim, mạch máu, các bộ phận tiêu hóa, xương và khớp.

Máy MRI có an toàn không?

Theo Bộ Y Tế Hoa Kỳ thì MRI an toàn, tuy nhiên chưa có nghiên cứu kỹ lưỡng về ảnh hưởng của MRI đối với bào thai, cho nên phụ nữ có thai trong ba tháng đầu được khuyên là không nên có MRI.

Vì MRI có nam châm rất mạnh, nên trước khi vào máy tất cả những gì có kim loại đều phải tháo ra. Những người có máy trợ tim thì không quét bằng MRI được, cũng như là những người có khớp xương nhân tạo, van tim nhân tạo hay bất cứ một thứ gì có kim loại. Đặc biệt xin lưu ý những cựu chiến binh bị thương còn mảnh vỏ đạn trong người. Quý vị phải thông báo cho bác sĩ biết về mảnh đạn còn trong người để họ xem có quét bằng MRI được không.

Các loại máy MRI khác

Vì nhiều người có bệnh sợ chỗ bít bùng (claustrophobia) nên không cho qua máy MRI được hay cho qua thì phải cho uống thuốc ngủ nên đã có loại máy MRI hở, không kín mít như máy thường. Hoặc có những người to lớn không vừa máy thường phải có loại máy lớn hơn. Nhưng những loại máy này có từ trường yếu hơn máy thường, như vậy hình ảnh không được rõ và có thể không thấy những chỗ bất thường.

MRI vận hành (functional MRI) đo được sự thay đổi rất nhỏ của lưu lượng máu trên đầu trong những hoạt động của óc. MRI vận hành được dùng để khảo sát sự vận hành của mỗi phần của óc. Nó cũng được dùng để xác định sự hủy hoại của tai biến mạch máu não (stroke).

Máy MRI trong tương lai

Đang có những nghiên cứu để thu nhỏ và làm nhẹ máy MRI. Cũng có nghiên cứu để có máy MRI đặc biệt cho các phần của cơ thể thí dụ như chân, tay hay ngón tay. (Hà Dương Cự)

—-

Nguồn tài liệu: www.nibib.nih.gov, https://science.howstuffworks.com, www.slideshare.net.