Từ lúc hệ thống chụp hình MRI ra đời trên thị trường khoảng 40 năm về trước, ngoài trừ tính an toàn như đã trình bày ở những bài viết trước [1,2], hai vấn đề hệ thống máy gặp phải đối với bệnh nhân là chứng sợ không gian hẹp (claustrophobic) và tiếng động cơ khí. Cộng đồng y khoa và công nghệ đã và đang cải tiến hệ thống chụp cộng hưởng từ MRI ngõ hầu có thể giải quyết thỏa đáng hai mối quan tâm và lo ngại trên.

1. Cấu tạo của máy chụp cộng hưởng từ MRI 

Hình 1. Mô hình cấu tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI.  Máy này gồm có những thành phần chính: vòng xoắn sóng radio (radio frequency coil hay RF coil), cuộn phát sóng tần số radio, vòng xoắn tạo gradient (gradient coils): thỏi nam châm (magnet) để tạo từ trường, bộ phận quét (scanner), và bàn di chuyển bệnh nhân (Google Images).

Mô hình cấu tạo tổng quát của máy chụp cộng hưởng từ được biểu thị ở Hình 1. Ba thành phần chính của máy chụp MRI là: vòng xoắn sóng radio, thỏi nam châm và vòng xoắn tạo gradient. Vòng xoắn radio dùng để truyền đạt và nhận tín hiệu RF và thường có cấu trúc LC (inductance-capacitance). Thỏi nam châm  dùng để dàn hàng hướng quay của prôton với một từ trường rất mạnh, khoảng 0.5- 3 Tesla (5.000 – 30.000 Gauss; 1 Tesla= 10.000 Gauss). Đây là  thành phần quan trọng nhất trong hệ thống MRI. Con số này rất lớn so với từ trường của trái đất (vào khoảng 0.5 Gauss). Vì thế ảnh hưởng từ trường của trái đất trong việc gửi và thu nhận tín hiệu của MRI được xem như là không đáng kể!

Có ba loại nam châm (hay thỏi từ) : nam châm điện trở (resistive magnet), nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) và nam chân có tính siêu dẫn (superconducting magnet). Trong số đó, nam châm có tính siêu dẫn được dùng nhiều nhất hiện nay trong máy MRI. Chức năng của những bộ phận khác trong máy chụp MRI: vòng xoắn građiên tạo những từ trường biến đổi, để cho tín hiệu liên quan về vị trí (positional information) dùng một từ trường nhỏ hơn nhiều so với nam châm chính. RF dùng để truyền đạt và nhận tín hiệu; thuật số (digitizer) nhằm biến đổi tín hiệu analog nhận được thành digital; bộ sắp xếp dãy xung số (pulse sequencer) dùng để kiểm soát thời gian građiên RF, bộ số hóa (digitizer) và máy tính  dùng phép biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform hay FFT) để tạo hình, lưu trữ trình tự xung (pulse sequences), và hiển thị kết quả đạt được.

2. Hai dạng chính của máy quét MRI

Có trên 20 hãng cung cấp máy chụp cộng hưởng từ MRI trên thị trường. Một số hãng đã đóng vai trò tiên phuông trong việc chế tạo máy chụp MRI trên thị trường như : GE Healthcare, Fonar, Picker/Marconi, Elscin , Shimadzu, Toshiba, Hitachi , Philips. Sau một thời gian dài gần 40 năm, một số hãng vẫn còn hoạt động; một số sáp nhập với những hãng khác và đổi tên; một số còn lại không còn cung cấp sản phẩm trên thị trường nữa.  

Nói một cách tổng quát, cấu trúc và thiết kế của máy quét MR (MR scanners) được xếp loại theo hai dạng chính: (i) dạng đóng (closed MRI) chiếm khoảng 90% của các máy MRI trên thị trường; và (ii) phần còn lại thuộc dạng mở (open MRI). Với sự tiến bộ kỹ thuật, một số mô hình của MRI thuộc dạng mở được cải tiến đáng kể và giúp bệnh nhân cảm thấy thoải mái và dễ chịu hơn khi chụp hình MRI.  

2.1 MRI dạng đóng

Ở dạng đóng, từ trường khoảng 1Tesla hay lớn hơn  được tạo ra bằng cách cho dòng điện chạy qua một solenoid được giữ ở nhiệt độ siêu dẫn của chất lõng heli (Hình 2). Đại khái, bánh rán của MRI dạng đóng có thể có kích cỡ tiêu chuẩn hay rộng lớn hơn dành cho những bệnh nhân lớn người. Một số giải pháp được áp dụng nhằm tạo không gian rộng để giúp bệnh nhân cảm thấy thoải mái hơn trong lúc chụp hình MRI.   

Hình 2. Máy quét MRI theo dạng đóng:

(a) Máy quét GE Signa 1.5T với nam châm có tính siêu dẫn
và (b) Solenoid dùng để tạo từ trường B (Google Images). 

2.2 MRI dạng mở  

Từ lúc hệ thống MRI được đưa ra thị trường, MRI dạng đóng rất phổ biến trong việc cung cấp hình ảnh có chất lượng cao, thuận lợi cho công tác của bác sĩ và cán bộ y tế trong việc phân tích và tầm soát bệnh lý và chửa trị.  Trong bài viết này, người viết sẽ chú tâm về những đặc điểm của MRI thuộc dạng mở, dùng MRI dạng đóng làm tiêu chuẩn để tham khảo và so sánh.

Như cụm từ “dạng mở” ám chỉ, hê thống MRI dạng mở mở rộng không gian để bệnh nhân có thể nhìn chung quanh căn phòng mà không phải bị tùi túng trong không gian hẹp trong suốt thời gian chụp hình như ở trong MRI thuộc dạng đóng [3]. Chất lượng hình của MRI thuộc dạng mở thấp hơn hình chụp từ MRI dạng đóng và sẽ  không thích hợp trong việc chụp hình một số cơ quan hay vùng trong cơ thể. MRI thuộc dạng mở được thiết kế với một thỏi nam châm ở phía trên và một thỏi nam châm ở phía dưới và mở trống ít nhất là hai bên. Hai cực từ tương ứng với hai thỏi nam châm có thể có dạng hình chữ C hay hình móng ngựa. Nam châm vĩnh cửu  hay nam châm điện (electromagnets) với từ trường nằm trong khoảng từ 0.064 Tesla  tới 1 Tesla  có thể dùng trong cấu trúc thuộc dạng mở này [Hình 3].

Một cấu trúc thuộc dạng mở nữa là nam châm điện lưỡng cực (dipolar electromagnet) với vòng xoắn (coils) nằm ở hai bên bệnh nhân. Từ trường của thiết kế thuộc dạng thức này nằm trong khoảng 0.5 Tesla và 1.2 Tesla. 

Hình 3. Máy quét MRI theo dạng mở:

(a) Hitachi Aperto 0.4T permanent magnet scanner

(b) C-shaped permanent magnet

(c) Hitachi Oasis 1.2T HFO superconducting scanner

(Google Images) 

MRI dạng mở có ba cấu trúc: 

(i) Dạng nửa kín với từ trường lớn (semi open high field): có nòng (bore) ngắn và phần cuối rộng. Chỉ có bộ phận cơ thể cần chụp hình được đặt trong vùng có thỏi nam châm.

(ii) Dạng mở với từ trường nhỏ (open low field): phần đầu mở rộng (wide-open design). Bệnh nhân có một khoảng không gian rộng chung quanh và cơ thể có thể thoải mái với nhiều vị trí khác nhau;

(iii) Dạng mở tiên tiến (advanced open): tổng hợp thiết kế rộng, dùng những kỹ thuật tiên tiến về gra- điên và từ trường lớn. Bệnh nhân có thể đứng, hoặc ngồi thẳng lưng trong lúc chụp hình MRI. 

Hitachi Oasis 1.2 Tesla biểu thị ở Hình 3(c) có lẽ là máy chụp MRI thuộc dạng mở tân tiến nhất hiện nay trên thế giới. Nằm trong máy này, bệnh nhân có thể nhìn chung quanh với góc 270 độ mà không bị một cản trở nào. Bàn di chuyển bệnh nhân rộng với chiều ngang 81 cm và nặng 660 lbs.  Máy quét MRI Oasis thuộc dạng mở thích hợp cho những bệnh nhân như: sợ không gian hẹp (claustrophobic), phì mập (bariatric), thuộc bệnh tuổi già (geriatric), liên quan đến khoa nhi (pediatric) hay đơn giàn chỉ là sự thoải mái và tiện lợi khi dược chụp hình trong một cấu trúc MRI dạng mở.

2.3 Hướng của từ trường máy trong hai dạng

Ở dạng đóng, hướng từ trường (mũi tên đỏ)  xếp theo hàng ngang dọc theo nòng của ống hình trụ (cylindrical scanners); trong khi đó, ở cấu trúc dạng mở, mũi tên đỏ chỉ hướng thẳng đứng.    

 Hình 4. Hướng từ trường của máy chụp MRI: (a) thuộc dạng đóng và

(b) thuộc dạng mở [3].

3. Lợi điểm của máy quét MRI thuộc dạng mở

3.1 gia tăng sự thoải mái và giảm thiểu chứng sợ không gian hẹp

Máy quét thuộc dạng nửa kín (semi-open scanners)  thường đòi hỏi bệnh nhân giữ tư thế nằm. Mặc dù vậy, bệnh nhân có thể giao tiếp bằng mắt với nhân viên phụ trách máy và những nhân viên khác trong phòng chụp MRI. Cũng có cấu trúc MRI thuộc dạng mở cho phép bệnh nhân đứng, ngồi, hay giữ một tư thế khác trong lúc chụp hình MRI. Một số thiết kế máy chụp MRI còn cho phép bệnh nhân tiếp cận với những người thân trong gia đình trong lúc chụp hình,  

3.2 Ít tiếng động chói tai hơn

Vì tiếng động cơ khí ít hơn hệ thống chụp hình MRI thông thường, bệnh nhân sẽ cảm thấy dễ chịu hơn. 

3. 3 Tầm cỡ của bệnh nhân ít còn là vấn đề phải quan tâm

Tạo thêm sự thoải mái và thuận lợi nhất là  cho trẻ em, những người khuyết tật, người lớn tuổi và những bệnh nhân lớn người. Bệnh nhân sẽ cảm thấy thoải mái hơn trong các tư thế nẳm ngồi lúc chụp hình MRI. 

3.4 MRI thuộc dạng mở cung cấp giá cả phải chăng

 It tốn kém hơn trong việc đầu từ và bảo trì. Vì vậy tốn kém về phía bệnh nhân cũng sẽ ít hơn và nhu cầu cũng gia tăng [4]. 

3.5 Gia tăng lượng hình quét

MRI dạng mở có thể cung cấp hình ảnh đủ chất lượng cho những hình ảnh quét về: đầu, tim, lưu thông máu, (mạch máu bị nghẽn hay bị bể), phần bụng (khối u, nhiễm trùng lá gan, tuyến tụy, bàng quang, túi mật, và quả thận), và phần khung xương chậu (tử cung, buồng trứng, tuyến tiền liệt, xương và khớp xương). 

4. Khuyết điểm của dạng mở

(i)  Quan tâm của cộng động y khoa về máy quét MRI dạng mở lúc ban đầu thường là chất lượng hình chụp kém; 

(ii)  MRI dạng mở có thể không thích hợp trong việc chụp hình ở một số bộ phận trong cơ thể con người;

(iii)  Cần thời gian dài hơn để chụp hình.

Điều nên lưu ý là dù bất cứ máy quét thuộc dàng mở hay dạng đóng, điều quan trọng là bệnh nhân phải nằm yên để có thể lấy hình chụp có chất lượng tốt và thời gian chụp sẽ ngắn hơn vì không cần phải chụp lại.  

5. Kết từ

Máy chụp cộng hưởng từ MRI là một trong những công nghệ điện tử y khoa đã và đang phổ biến rộng rãi trên thế giới và đóng vai trò rất quan trọng trong lãnh vực y khoa với 95 triệu hình chụp mỗi năm. Số máy hiện tại dùng trên 36 ngàn. Với tiến bộ kỹ thuật và sự ra đời của máy chụp MRI thuộc dạng mở, sự quan tâm của bệnh nhân về chứng sợ không gian hẹp và tiếng động của máy khi phải ở trong máy hàng giờ càng ngày càng ít hơn. Với những tiến triễn khả quan này, vai trò của máy chụp MRI trong lãnh vực y khoa càng lúc càng trở nên quan trọng và phổ biến hơn.

6. Tài liệu tham khảo

[1] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Technology%20in%20Medicine-%20Part%2012-09012021.htm

[2] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Technology%20in%20Medicine-%20Part%2022-06132022.htm

[3] Cosmos TC, Parizh M: Advances in whole-body MRI magnets. IEEE Trans Applied Superconductivity 2011: 21;2014-2019.

[4] Food and Drug Administration. Magnetic Resonance Imaging: Benefits And Risks. Link: https://www.fda.gov/radiation-emitting-products/mri-magnetic-resonance-imaging/benefits-and-risks Access Date: 23 Aug 2020

August 25, 2022