Các chuỗi xung MRI thường dùng đánh giá hệ thần kinh

1. Một số khái niệm cơ bản về tín hiệu MRI

- Bậc thang xám:

Để chẩn đoán bản chất của tổ chức bằng MRI, người ta thường dựa vào độ sáng tối và độ tương phản của tổ chức so với các mô lân cận. Khi mô tả độ sáng tôi của tổ chức và của dịch, người ta thường dùng khái niệm cường độ tín hiệu, ví dụ như:

+ Cường độ tín hiệu cao = màu trắng

+ Cường độ tín hiệu trung bình = màu xám

+ Cường độ tín hiệu thấp = màu đen

- Cường độ tín hiệu:

Ngoài ra có thể so sánh một cách tương đối cường độ tín hiệu của vùng chúng ta quan tâm với các tổ chức lân cận, ví dụ như:

+ Tăng tín hiệu (hyperintense) = sáng hơn vùng mà chúng ta so sánh

+ Đồng tín hiệu (isointense) = cùng độ sáng với vùng mà chúng ta so sánh

+ Giảm tín hiệu (hypointense) = tối màu hơn vùng mà chúng ta so sánh.

2. Các chuỗi xung MRI

2.1. Xung T1W

T1W là chuỗi xung dùng để tạo ảnh các cấu trúc giải phẫu, ảnh T1W tương tự như hình ảnh của CT. Ảnh T1W có đặc điểm tín hiệu như sau:

- Dịch (ví dụ như dịch não tủy): có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).

- Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).

- Não:

+ Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

+ Chất trắng: Có cường độ tín hiệu cao hơn so với chất xám.

2.2. Xung T2W

Hình ảnh T2W có đặc điểm tín hiệu ngược với T1 như sau:

- Dịch (ví dụ như dịch não – tủy): có cường độ tín hiệu cao (màu trắng)

- Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).

- Não:

+ Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

+ Chất trắng: có cường độ tín hiệu thấp hơn so với chất xám.

2.3. Chuỗi xung xoá mỡ (STIR, SPIR...), FATSAT

STIR (Short TI Inversion Recovery), chuỗi xung xóa mỡ là một tinh chỉnh dựa trên chuỗi xung T1W, dùng để làm giảm tín hiệu quá sáng của mỡ. Có một vài chuỗi xung xoá mỡ (SPIR, STIR…) nhưng đều cho kết quả như nhau. Hình của chuỗi xung STIR là âm bản của hình T1 bình thường thường. Do thời gian T1 của mỡ rất ngắn. Do vậy nếu sử dụng kỹ thuật khôi phục đảo ngược IR với thời gian TI ngắn gần với T1 của mỡ thì khi phát xung kích thích, mô mỡ sẽ không có tín hiệu vì độ từ hóa dọc lúc này vừa mới khôi phục về zero.

Chuỗi xung FATSAT (Fat saturative). Chúng ta đã biết cách xóa tín hiệu của một mô bằng kỹ thuật khôi phục đảo ngược IR (Inversion Recovery). Với kỹ thuật IR, người ta dùng một xung 180o trước khi phát xung kích thích, chờ một khoảng thời gian TI rồi phát xung kích thích. Tùy theo TI, độ từ hóa dọc của một mô nào đó khi phát xung kích thích sẽ gần như bằng zero và mô đó không có tín hiệu. Chúng ta đã có 2 loại xung như vậy: STIR và FLAIR.

Bây giờ, chúng ta dùng một cách khác, dùng một xung phù hợp để lật ngang độ từ hóa dọc của một mô, rồi sau đó nhiễu phá độ từ hóa ngang này, làm cho nó trở thành zero. Lúc này, nếu phát xung kích thích, mô đó không có độ từ hóa dọc, cũng chẳng còn độ từ hóa ngang: nó trơ với xung kích thích vì đã "bão hòa" (saturated). Kết quả là mô đó không còn tín hiệu hay đã bị xóa.

Áp dụng ý tưởng này để xóa mỡ, thay vì dùng xung STIR như đã biết. Khi đó, tận dụng độ xê dịch hóa học giữa nước và mỡ (cách biệt khoảng 3,5 ppm), người ta phát một xung chỉ cộng hưởng với mỡ, gọi là xung FAT-SAT, làm độ từ hóa dọc của mỡ lật ngang. Sau đó làm mất độ từ hóa ngang này bằng một thang từ thích hợp rồi mới phát xung kích thích. Kết quả là mỡ bị bão hòa (fat saturated) nên không cho ra tín hiệu.

Vì T1 của mỡ ngắn nên khi phát xung kích thích, độ từ hóa dọc của mỡ có thể khôi phục được một phần, và như vậy mỡ vẫn có một ít tín hiệu. Để có thể "diệt tận gốc" tín hiệu mỡ, xung FAT-SAT thường dùng một góc lật lớn hơn 90o, cỡ khoảng từ 100o đến 150o. Bằng cách này, độ từ hóa dọc của mỡ mới chỉ khôi phục về zero nên tín hiệu của mỡ bị xóa "trọn vẹn" hơn.

Chuỗi xung xóa mỡ thường được dùng trong ba trường hợp:

- Trựờng hợp phổ biến nhất là khi tiêm thuốc đối quang từ, xóa mỡ giúp cho mô ngấm thuốc xuất hiện nổi bật.

- Trong trường hợp muốn phát hiện phù nề trong tổ chức phần mềm, nơi có nhiều mỡ; xoá mỡ sẽ làm cho tín hiệu của dịch nổi bật.

- Trong trường hợp tổn thương nghi là mỡ, muốn chẩn đoán xác định cần sử dụng chuỗi xung này, tổn thương sẽ mất đi nếu là mỡ, nếu vẫn còn thì đó là tín hiệu dịch.

Chuỗi xung xóa dịch (FLAIR)

Khi muốn quan sát quầng phù nề trong nhu mô não mà không bị ảnh hưởng bởi dịch não – tuỷ quá sáng, chúng ta cần dùng chuỗi xung xóa dịch não – tuỷ (T2 FLAIR). Nếu nhìn thoáng qua, ảnh FLAIR hơi giống như ảnh T1W, tức là dịch não – tuỷ màu tối. Cách tốt nhất để phân biệt hai loại ảnh này là nhìn vào chất xám và chất trắng: T1W có chất xám tối hơn chất trắng, FLAIR (dù có hay không ức chế nước) sẽ có chất trắng tối hơn chất xám. Ảnh Flair chỉ khác ảnh T2 là nước bị xóa (DNT và dịch cuộn não) có àu tối. 

2.5. Chuỗi xung mật độ proton (PD: proton density)

Nguyên lý của MRI dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ của proton (các ion hydro) cho nên tín hiệu MRI thực tế phản ánh mật độ proton; PD là chuỗi xung trung gian, có đặc điểm của cả T1 và T2. Chuỗi xung PD trước đây hay được sử dụng cho não, tuy nhiên gần đây chúng được thay thế bởi chuỗi xung FLAIR. Hiện nay, chuỗi xung PD thường được dùng để phân biệt tín hiệu của dịch, sụn trong và sụn xơ, do đó dùng chủ yếu trong chẩn đoán bệnh lý khớp. Đặc điểm tín hiệu trên ảnh PD như sau:

- Dịch (ví dụ như dịch khớp, dịch não – tủy): có cường độ tín hiệu cao (màu trắng)

- Cơ: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Mỡ: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).

- Sụn trong: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Sụn xơ: có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).

2.6. Chuỗi xung nhạy (T2*, SWI...)

Chuỗi xung này nhạy cảm với hemoglobin và sắt, do đó nhạy cảm với hồng cầu bị thoái giáng giải phóng ra hemoglobin và sắt. Dùng để phát hiện máu, các sản phẩm của máu hoá giáng hoặc calci. Chuỗi xung này (thường được gọi tắt là xung T2*) rất nhậy cảm với những thay đổi nhỏ ở từ trường khu vực. Nhậy cảm nhất trong số những chuỗi xung này là SWI (susceptibility weighted imaging) dùng để phân biệt calci và máu. Chuỗi xung SWI được ứng dụng để làm rõ các mạch máu nhỏ và các tĩnh mạch trong não, phân biệt vùng xuất huyết và vùng calci hóa.

2.7. Chuỗi xung nhậy cảm dòng chảy

MRI có một ưu điểm lớn là có khả năng tạo ảnh dòng chảy sinh lý (ví dụ như dòng máu) mà không cần dùng thuốc đối quang đường tĩnh mạch. Điều này cho phép chụp được hình ảnh động mạch, tĩnh mạch và dòng chảy dịch não – tủy.

2.8. MR tưới máu perfusion (MRP)

Lượng máu chảy vào tổ chức có thể phát hiện và định lượng được một cách tương đối thông qua các giá trị như: thể tích máu não (CBV – cerebral blood volume), lưu lượng dòng máu chảy qua não (CBF – cerebral blood flow) và thời gian trung bình máu qua não (MTT – mean transit time). Những giá trị này dùng để đánh giá một số tình trạng bệnh lý như xác định vùng tranh tối tranh sáng trong đột qụy thiếu máu cục bộ, đánh giá độ mô học của u hoặc phân biệt vùng hoại tử do tia xạ với tổ chức u đang phát triển.

2.9. Chuỗi xung khuếch tán Diffusion (DWI)

Bình thường dịch ở ngoại bào khuếch tán tự do theo các hướng (không hạn chế khuếch tán), còn dịch trong nội bào bị hạn chế khuếch tán. Như vậy những vùng mới tổn thương gây phù tế bào làm dịch ngoại bào ít dịch nội bào tăng gây ra hiện tượng hạn chế khuếch tán của nước. MRI khuếch tán dùng để đánh giá sự khuếch tán của các phân tử nước trong một tổ chức. Nếu một cấu trúc bị hạn chế khuếch tán tức là bị phù tế bào thì ảnh DWI tăng tín hiệu có màu trắng còn ADC giảm tín hiệu có màu đen. Nếu tổ chức không hạn chế khuếch tán tức là không có phù tế bào thì DWI giảm tín hiệu có màu đen còn ADC tăng tín hiệu có màu trắng, ngoài ra còn cho phép quan sát bên trong tế bào (ví dụ như khối u), sự trương phình tế bào (ví dụ như thiếu máu cục bộ) và phù nề. Chuỗi xung khuếch tán cho phép chẩn đoán rất sớm nhồi máu não chỉ sau nhồi máu vài phút đến vài chục phút.

Đặc điểm hình ảnh MRI khuếch tán DWI là:

- Dịch (ví dụ như dịch não – tủy): không hạn chế khuếch tán (giảm tín hiệu: màu đen). Mô có phù nề tế bào gây hạn chế khuếch tán thì tăng tín hiệu có màu trắng.

- Mô mềm (cơ, các tạng đặc, não): khuếch tán trung gian (màu xám).

- Mỡ: mất ít tín hiệu do chứa ít nước.

Thông thường chụp MRI khuếch tán sẽ thu được ba loại hình ảnh: DWI, ADC và B = 0.

2.9.1. Hình ảnh khuyếch tán (DWI)

DWI (diffusion weighted imaging) hay bản đồ T2W đẳng hướng là sự kết hợp các giá trị khuếch tán thực với tín hiệu T2.

Đây là loại hình ảnh có độ phân giải tương đối thấp với các đặc điểm sau:

- Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Chất trắng: hơi giảm tín hiệu so với chất xám.

- Dịch não – tuỷ: có cường độ tín hiệu thấp (màu đen).

- Mỡ: Rất ít tín hiệu do chứa ít nước.

- Các mô mềm khác: cường độ tín hiệu trung bình (màu xám)

Tổn thương trong các bệnh lý cấp tính (đột qụy thiếu máu cục bộ, khối u tế bào, viêm nhiễm cấp gây phù nề tế bào làm nước hạn chế khuếch tán) thường tăng tín hiệu trên MRI khuếch tán biểu thị sự khuếch tán hạn chế (tăng tín hiệu có màu trắng). Vùng không hạn chế khuếch tán sẽ giảm tín hiệu và có màu đen như dịch não tủy.  Tuy nhiên có một phần hình ảnh thu được từ tín hiệu T2 do đó một số mô sáng trên T2 sẽ sáng trên hình ảnh DWI mà thực tế không có hạn chế khuếch tán, do đó cần lập bản đồ ADC để xác định.

2.9.2. Bản đồ Hệ số khuếch tán (ADC maps)

Bản đồ hệ số khuếch tán (ADC – apparent diffusion coefficient maps) là hình ảnh đặc trưng cho các giá trị khuếch tán thực của các mô mà không có tác dụng của T2. Do đó chúng là phép đo hữu ích và khách quan hơn giá trị khuếch tán, tuy nhiên hình ảnh không được rõ nét. Về cơ bản chúng là những hình ảnh DWI đảo ngược thang xám, nghĩa là những mô có hạn chế khuếch tán thì giảm tín hiệu nên có màu đen, các mô không hạn chế khuếch tán thì tăng tín hiệu có màu trắng chẳng hạn dịch não tủy.

Đặc điểm tín hiệu trên ADC như sau:

- Chất xám: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Chất trắng: hơi tăng tín hiệu so với chất xám.

- Dịch não – tủy: có cường độ tín hiệu cao (màu trắng).

- Mỡ: Rất ít tín hiệu do chứa ít nước có màu tối.

- Các mô mềm khác: có cường độ tín hiệu trung bình (màu xám).

- Bệnh lý cấp tính (đột qụy thiếu máu cục bộ, khối u tế bào, viêm nhiễm cấp, gây phù tế bào làm hạn chế khuếch tán) thường giảm tín hiệu có màu đen, biểu thị sự khuếch tán hạn chế.

2.9.3. Hình ảnh B = 0

Dùng để tính toán các giá trị ADC.

Chúng là những hình ảnh T2W với một chút hiệu ứng nhạy cảm.

2.10. Chụp MRI đường dẫn truyền thần kinh (tractography)

Chụp MRI đường dẫn truyền thần kinh dựa trên nguyên lý: khi nựớc ở trong môi trường tự do (dịch não – tủy), phân tử nước khuếch tán ngẫu nhiên theo các chiều như nhau – khuếch tán đẳng hướng. Tuy nhiên, trong tổ chức, đặc biệt là tổ chức thần kinh, phân tử nước chỉ khuếch tán theo những chiều nhất định, cụ thể là khuếch tán theo chiều của các sợi hay bó dẫn truyền thần kinh – khuếch tán bất đẳng hướng. Trong nhồi máu não, nhu mô não bị tổn thương kèm theo hiện tượng phù độc tế bào, sự khuếch tán của phân tử nước mất tính bất đẳng hướng và MRI khuếch tán có thể phát hiện sớm tổn thương này, kể cả trong giai đoạn tối cấp, khi hình ảnh CT hoàn toàn bình thường hoặc chỉ thay đổi một cách kín đáo. Những nghiên cứu trên thực nghiệm cho thấy, MRI khuếch tán có thể phát hiện vùng thiếu máu, mới chỉ xảy ra trong vòng vài phút, trong khi không quan sát thấy trên phim CT scan.