Chụp cộng hưởng từ chuỗi xung mạch máu

Các chuỗi xung mạch máu

1.Black-blood imaging

Black-blood hay Dark-blood imaging là kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ dựa trên nguyên lý về hiệu ứng black-blood, hay còn gọi là hiệu ứng outflow. Do dòng chảy nên các spin trong lòng mạch di chuyển và bị thay thế liên tục kết quả là cường độ tín hiệu trong lòng mạch bị bão hòa so với tổ chức xung quanh, tạo nên sự tương phản giữa lòng mạch và các cấu tr  c xung quanh.

Trong nội dung chuỗi xung SE đã đề cập ở phần trước, ch ng ta biết rằng hiệu ứng black-blood thường chỉ xảy ra trên chuỗi xung SE do có TE kéo dài. Do vậy kỹ thuật tạo ảnh dark-blood thường chỉ được thực hiện với các xung SE khác với các kỹ thuật tạo ảnh bright-blood (như chuỗi xung TOF) sử dụng chuỗi xung GRE.

Dark-blood được thực hiện như sau: đầu tiên sử dụng một sóng đảo ngược RF180 độ không chọn lọc, kích thích toàn bộ các spin trong lòng mạch và ngoài lòng mạch để thành phần từ hóa dọc Mz đảo chiều.

Tiếp sau đó, sử dụng một sóng đảo ngược RF180 độ khác, có tần số chọn lọc với lớp cắt cần khảo sát. Như vậy, do dòng chảy liên tục trong lòng mạch, các spin mới sẽ thay thế các spin cũ do vậy tạo ra một sự hỗn loạn về chiều và hướng của các spin trong lòng mạch, làm cho vector từ hóa dọc Mz bị triệt tiêu lẫn nhau.

Lúc này, thực hiện quá trình thu tín hiệu như chuỗi xung SE (FSE) để tạo ảnh cắt lớp khu vực cần khảo sát thì hầu như toàn bộ tín hiệu của các spin trong lòng mạch đã bị bão hòa (triệt tiêu) bởi 2 sóng RF đảo ngược.

Kỹ thuật tạo ảh black-blood thường được ứng dụng trong đánh giá hình thái và cấu tr c của tim, trong đó thiên hướng về đánh giá cơ tim hơn là huyết động trong buồng tim.

Hình ảnh black- blood cung cấp thông tin về hình thái như độ dày, tình trạng bệnh lý như viêm, huyết khối bám thành của cơ tim và gốc các mạch máu lớn xuất phát từ tim.

Việc lựa chọn thời điểm thu tín hiệu (TR) theo điện tâm đồ (ECG) là rất quan trọng vì chuyển động co bóp cơ tim sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh thu được (hình 59).

2.Bright-blood imaging

Hiệu ứng bright-blood diễn ra ngược lại với hiệu ứng black-blood đã đề cập ở trên. Thay vì dòng chảy bị bão hòa (triệt tiêu) tín hiệu trong black-blood thì trong hiệu ứng bright-blood, cường độ tín hiệu của các cấu trúc có dòng chảy (trong lòng mạch) lại được thu nhận để tạo tương phản với cấu trúc không có dòng chảy xung quanh (thành mạch, nhu mô).

Nguyên lý của hiệu ứng bright- blood được ứng dụng rộng rãi trong tạo ảnh cộng hưởng từ, bao gồm các chuỗi xung như TOF, PC- MRA, CE-MRA… , có thể phối hợp hay không phối hợp với chất tương phản từ (thuốc đối quang từ), có thể tạo ảnh 2D hay 3D.

Có một nhược điểm chung của các kỹ thuật tạo ảnh bright-blood không sử dụng thuốc đối quang từ là trong một số trường hợp thì hình ảnh thu được không hoàn toàn trung thực với hình ảnh thực tế do hiệu ứng thể tích riêng phần (partial volume effect) và tại những vị trí có dòng chảy rối (turbulent flow).

3. TOF.

TOF (time-of-flight) là một trong những chuỗi xung chụp mạch cộng hưởng từ được áp dụng phổ biến trong lâm sàng. Nguyên lý tạo ảnh của TOF dựa trên hiệu ứng bright-blood hay hiệu ứng inflow (dòng chảy đến), ghi nhận lại tín hiệu phát ra từ các proton của phân tử nước di chuyển trong lòng mạch.

Nói cách khác, trong một lớp cắt thì các phân tử di chuyển đến sẽ có cường độ tín hiệu cao hơn nhu mô bao quanh. Cường độ tín này phụ thuộc vào vị trí, tốc độ và hướng (góc) của dòng chảy đến so với mặt phẳng lớp cắt mà không phụ thuộc và chiều của dòng chảy.

TOF được thực hiện bằng cách sử dụng một chuỗi xung GRE có TR ngắn (30-50ms) đồng thời TE cũng được đảm bảo càng ngắn càng tốt. Góc lệch FA thường khoảng 20-40o trong tạo ảnh 3D TOF và > 50o trong tạo ảnh 2D TOF.

Cần nhớ lại trong chuỗi xung SE, hiện tượng black-blood xảy ra do hiệu ứng outflow (dòng chảy đi). Ngược lại với hiện tượng black-blood trong SE là hiện tượng bright-blood ứng dụng trong chuỗi xung TOF.

Do các spin di chuyển trong lòng mạch nên không bị bão hòa bởi sóng RF nên các spin này có tín hiệu cao hơn. Trong khi đó, các spin của nhu mô bao quanh mạch do không di chuyển được nên sẽ bị bão hòa (saturation) do sự kích thích của các sóng RF có TR rất ngắn.

Khi rơi vào trạng thái bão hòa, các spin này tạo ra tín hiệu rất yếu (H58a). Điều này cũng giải thích tại sao trong các chuỗi xung TOF, nhu mô xung quanh không trống tín hiệu hoàn toàn. Cường độ tín hiệu thu được từ TOF tuy phụ thuộc vào tốc độ, vị trí và hướng của dòng chảy nhưng lại không phụ thuộc vào chiều của dòng chảy.

Như vậy để có thể tạo được ảnh riêng rẽ của dòng chảy động mạch hay dòng chảy tĩnh mạch, người ta tạo ra một vùng tiền bão hòa (regional presaturation) trước khi thu tín hiệu tại lớp cắt có các spin trong trạng thái bão hòa (H58b).

Những spin di chuyển đến rồi sau đó nhanh chóng đi ra khỏi mặt phẳng cắt lớp thì sẽ tăng tín hiệu, tín hiệu này sẽ giảm dần theo khoảng cách spin rời xa mặt phẳng cắt lớp.

Những spin không di chuyển, chậm di chuyển khỏi mặt phẳng cắt lớp, hoặc di chuyển nhanh nhưng vẫn nằm trong mặt phẳng cắt lớp thì sẽ bị bão hòa, không hoặc ít tạo ra tín hiệu, đoạn mạch sẽ có màu tối đen (dark) trên hình ảnh cộng hưởng từ.

Một số trường hợp có thể xảy ra hiện tượng này bao gồm chọn lớp cắt dầy, cắt lớp thể tích, trục giải phẫu của đoạn mạch máu nằm trong mặt phẳng cắt lớp, một số bệnh lý làm chậm dòng chảy hoặc có dòng chảy rối như phình động mạch, dị dạng động tĩnh mạch, lòng giả trong bóc tách thành mạch….hoặc một đoạn mạch dù vuông góc với mặt phẳng cắt, nhưng sau khi đi ra thì lại vòng lại.

Một số kỹ thuật được ứng dụng để làm tăng cường tín hiệu của mạch máu trong các trường hợp này. Bao gồm, kỹ thuật TONE (tiltle optimized non-saturating excitation) tạo ra các góc lệch khác nhau, kỹ thuật MOTSA (multiple overlapping thin slab acqusition) chia khu vực cần thăm khám làm nhiều lớp cắt mỏng.

Để có độ tương phản hình ảnh tốt nhất khi chụp xung TOF thì ch ng ta nên sử dụng TOF 2D với lớp cắt mỏng và hướng cắt vuông góc với dòng chảy, đặc biệt cho thăm khám các dòng chảy tĩnh mạch.

Về lý thuết, TOF có thể tạo ảnh mạch máu cho mọi phần của cơ thể nhưng trong thực tế thì chủ yếu ứng dụng cho các mạch máu vùng sọ não và vùng cổ như hệ thống mạch não, mạch cảnh. Luôn nhớ một nguyên tắc, mặt cắt của TOF luôn phải không trùng với chiều dòng chảy của đoạn mạch muốn khảo sát.

Dựa trên những nguyên lý tạo ảnh đã nêu trên, để tránh có những sai lầm trong chẩn đoán, cần luôn phải lưu ý rằng hình ảnh mạch máu trong xung TOF chỉ là ước lượng gián tiếp qua dòng chảy trong lòng mạch.

Nghĩa là đường kính của mạch máu đã bị giảm đi (underestimated), mức độ hẹp tắc có thể tăng lên (overestimated) so với thực tế. Độ tương phản của mạch máu có thể đã bị giảm đi do dòng chảy chậm hoặc đoạn mạch đó không thẳng.

4.PC-MRA

PC-MRA (phase-contrast MR angiography) là một kỹ thuật chụp mạch cộng hưởng từ khác dựa vào hiện tượng bright-blood giống như TOF.

Bản thân tên gọi cũng đã gợi ý về nguyên lý tạo tương phản là dựa vào chiều hướng (phase) và tốc độ của dòng chảy. PCA được thực hiện bằng cách sử dụng một chuỗi xung GRE có TR và TE đều rất ngắn (TR: 10-20ms; TE: 5-10ms), trong đó TE càng ngắn càng tốt.

Đầu tiên người ta mã hóa chiều dòng chảy bằng một hệ thống gradient lưỡng cực (bipolar gradient). Trong đó một hệ thống gradient mã hóa tín hiệu dòng chảy theo hướng trên – dưới (đầu– chân), và một hệ thống gradient khác mã hóa tín hiệu theo hướng ngược lại (chân – đầu).

Tiến hành thực hiện các chuỗi xung RF tại vùng cần thăm khám, rồi kích hoạt hệ thống gradient lưỡng cực. Cuối cùng các tín hiệu thu được từ các gradient lưỡng cực này được trộn với nhau (subtracted) để từ đó chỉ nhận những tín hiệu của các spin chuyển động (dòng chảy), còn các spin tĩnh của các mô xung quanh thì bị xóa.

Để dễ hình dung hơn, ch ng ta có thể nhớ lại nguyên lý kỹ thuật tạo ảnh của chụp mạch số hóa xóa nền (DSA). Hình ảnh trước bơm thuốc cản quang được trộn với hình ảnh sau bơm thuốc cản quang để rồi máy tính sẽ xóa đi những cấu trúc không có thuốc cản quang (xương và phần mềm), chỉ để lại những cấu trúc có thuốc cản quang (mạch máu).

Khi phân tích hình ảnh PCA, cần nắm rõ những quy ước về chiều dòng chảy. Ví dụ quy ước dòng chảy sẽ tăng tín hiệu (mầu trắng) khi có hướng từ trên xuống dưới, từ phải sang trái và từ trước ra sau. Ngược lại, dòng chảy sẽ trống tín hiệu (mầu đen) khi chảy từ dưới lên trên, từ trái sang phải hoặc từ sau ra trước.

Chú ý rằng cũng như TOF, PCA không cần sử dụng thuốc đối quang từ để tạo tương phản. PCA có khả năng xác đinh tốc độ và chiều dòng chảy, cũng như đánh giá được tim, ĐM chủ, mạch chi. Nhưng PCA lại không thể thực hiện được chụp động học (dynamic).

5.CE-MRA

Nguyên lý cơ bản của CE-MRA (contrast-enhanced MR angiography) là sử dụng thuốc đối quang từ thích hợp để rút ngắn thời gian thư duỗi T1 của nước. Có nhiều loại thuốc đối quang từ, mỗi loại có những đặc điểm dược động học và khả năng tạo tương phản khác nhau.

CE-MRA thường được sử dụng các chuỗi xung nhanh (fast) tạo tương phản T1W. Phổ biến là các chuỗi xung Spoiled GRE với TR và TE cực ngắn (TR: 1.7-6ms; TE < 2ms), góc lệch FA khoảng 15- 50o.

CE-MRA thường được ứng dụng trong đánh giá các mạch thân, mạch chi, mạch tạng. Một số trường hợp đánh giá mạch vùng đầu mặt cổ. Một ưu điểm khác của CE-MRA là cho phép chụp động học (dynamic) để đánh giá tình trạng tuần hoàn tại chỗ của bộ phận cần thăm khám.

Khác với chụp CTscaner sử dụng thuốc cản quang trong lòng mạch có gắn Iode, CE-MRA sử dụng thuốc đối quang từ có gắn Gadolilium, không những chỉ đánh giá giai đoạn lòng mạch mà còn đánh giá giai đoạn gian bào (extracellular space) và gian đoạn trong tế bào (intracellular).

Một số ưu điểm của CE-MRA:

• Thời gian tạo ảnh ngắn: chụp động học, hạn chế nhiễu ảnh do chuyển động
• Thăm khám trên diện rộng
• cho phép tái tạo đa bình diện
• Tỷ số nhiễu từ SNR và tương phản mạch máu cao
• Dung nạp tốt, không có các nguy cơ tai biến như khi sử dụng thuốc cản quang Iode

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