Sơ lược nguyên lý chụp cộng hưởng từ (MRI)

Chụp cộng hưởng từ hay còn gọi là chụp MRI (magnetic resonance imaging). Phim MRI cho chúng ta hình ảnh một lát cắt qua cấu trúc cơ thể. Ưu điểm của MRI so với CTscanner là có thể hiện hình rõ các cấu trúc phần mềm có độ phân giải cao, cho phép chúng ta nhận định hình ảnh rõ ràng. Chụp MRI không sử dụng tia X-quang nên không gây độc hại cho cơ thể bệnh nhân. Nhưng vì bệnh nhân phải được đặt trong một từ trường mạnh nên những bệnh nhân có kim loại trong cơ thể như phương tiện kết xương, thay chỏm xương đùi hay khớp gối nhân tạo, van tim nhân tạo bằng kim loại, đĩa đệm nhân tạo, mảnh đạn mảnh kim loại sẽ gây nhiễu từ không chụp được.

Mọi vật thể đều được cấu tạo từ nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton mang điện tích +1) và các neutron (không mang điện tích). Quay quanh hạt nhân là các electron (mang điện tích âm). Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton của hạt nhân bằng đúng số electron của nguyên tử đó. Tất cả các “hạt” này đều chuyển động. Neutron và proton quay quanh trục của chúng, electron quay quanh hạt nhân và quay quanh trục của chúng. Sự quay của các “hạt” nói trên quanh trục của chúng tạo ra một mômen góc quay gọi là spin (Spin nghĩa là quay quanh trục). Ngoài ra, các hạt mang điện tích khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường. Vì proton có điện tích dương và quay nên nó tạo ra một từ trường, giống như một nam châm nhỏ, gọi là mômen từ (magnetic moment). Trong điều kiện bình thường các momen từ định hướng phân tán làm chúng triệt tiêu nhau, nên người ta không ghi được tín hiệu gì của chúng.

Nhờ các đặc tính vật lý như vậy, khi đặt một vật thể vào trong một từ trường mạnh, các momen từ đang định hướng phân tán sẽ trở nên định hướng song song và đối song song.

Cơ thể chúng ta có tỉ lệ chủ yếu nước (60-70%). Trong thành phần của phân tử nước có hai nguyên tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đó, nó có một mômen từ lớn. Điều đó dẫn tới một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các mô trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó. Mặt khác, trong cùng một cơ quan, các tổn thương bệnh lý đều dẫn đến sự thay đổi phân bố nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi so với mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình được các thương tổn.

Ứng dụng nguyên lý này, MRI sử dụng một từ trường mạnh và một hệ thống phát các xung có tần số vô tuyến (RF: radio frequancy) để điều khiển hoạt động điện từ của hạt nhân nguyên tử, mà cụ thể là nhân nguyên tử hydro có trong phân tử nước của cơ thể, nhằm bức xạ năng lượng dưới dạng các tín hiệu có tần số vô tuyến. Các tín hiệu này sẽ được một hệ thống thu nhận và xử lý điện toán để tạo ra hình ảnh của đối tượng vừa được đưa vào từ trường đó.