Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ năm, 25/01/2007 23:55 (GMT+7)

Chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân

Người bệnh nằm trong một chiếc giường nhỏ từ từ được đẩy cho đầu vào giữa một cái vòng rất to. Phòng lặng im, chỉ thấy máy tính hoạt động.

Lát sau bác sĩ chỉ cho mọi người thấy trên màn hình ảnh của một lớp cắt ngang đầu với đường cong trắng của hộp sọ, các nếp gấp của vỏ não, các hốc mắt, mũi và đặc biệt có một mạch máu nhỏ bị rạn nứt, máu đỏ thấm ra ngoài, lớp mỡ màu trắng đục… Từ đó các bác sĩ hội chẩn cách chữa trị khẩn cấp.

Vậy làm thế nào có được ảnh cắp lớp đó? Nhớ lại một số hiện tượng vật lý thông thường, ta có thể hiểu được cách chụp ảnh MRI.

Hình 1. Chuyển động quay đảo (tiến động của con quay).
Hình 1. Chuyển động quay đảo (tiến động của con quay).
Ta nhớ là khi cho một con quay quay tít, con quay rất dễ đứng thắng trên đầu mũi nhọn của nó. Nhưng được một lát con quay bắt đầu đảo, nghĩa là nó vẫn quay nhưng trục quay của nó bị nghiêngso với phương thẳng đứng và có thêm chuyển động đảo: trục quay của con quay quay quanh phương thẳng đứng (Hình 1). Cái gì gây nên chuyển động đảo: trọng trường của quả đất kết hợp với chuyển độngquay của con quay. Người ta đặc trưng chuyển động quay tít chung quanh trục của con quay bằng một véc tơ hướng theo trục quay và lớn hay nhỏ tuỳ theo con quay nặng hay nhe, quay nhanh hay chậm và gọiđó là mômen quay của con quay. Có thể nói dưới tác dụng của trọng trường, mômen quay của con quay bị đảo quanh phương của trọng trường với một tần số nào đó. Chuyển động đảo đó gọi là chuyển độngLarmor và tần số quay đảo gọi là tần số Lamor.

Hình 2. Mômen từ hạt nhân quay đảo bình thường khi có từ trường ngoài H.
Hình 2. Mômen từ hạt nhân quay đảo bình thường khi có từ trường ngoài H.
Tương tự trong cơ thể của chúng ta có những nguyên tử mà hạt nhân của nó có mômen từ, giống như là hạt nhân có gắn một nam châm cực nhỏ. Dưới tác dụng của từ trường ngoài, mômen từ của hạtnhân quay đảo với tần số Larmor, thí dụ là ω L(Hình 2). Khi mômen từ của hạt nhân quay đảo với tần số ω L, nếu ta dùng máy phát để phát sóng điện từ với tần số đúng bằng ωLchiếu thẳng vào hạt nhân, thì hạt nhân đang quay bị tác dụng một lực xoay chiều cùng tần số sẽ có hiện tượng cộng hưởng, đó chính là cộng hưởng từ hạt nhân (Hình 3). Khi có cộng hưởng,chuyển động quay đảo của mômen từ hạt nhân sẽ trở nên cực mạnh, véctơ mômen từ gần như quay trong mặt phẳng vuông gócvới từ trường ngoài . Nếu không tác dụng sóng điện từ nữa, không còn cộng hưởng, mômen từ trở lại quay đảo bình thường quanh từ trường ngoài, tức là gần song song với từ trường ngoài.

Hình 3. Mômen từ hạt nhân quay đảo cực mạnh khi có cộng hưởng.
Hình 3. Mômen từ hạt nhân quay đảo cực mạnh khi có cộng hưởng.
Ở phép chụp MRI, cuộn dây thật to đấy là cuộn dây siêu dẫn, có thể tạo ra từ trường rất lớn, cỡ vài Tesla. Đầu người bệnh được nằm trong cuộn dây to đó tức là được đặt trong từ trường cao củacuộn dây nam châm siêu dẫn. Thường người ta chú ý đến mômen từ của hạt nhân nguyên tử hiđrô vì trong cơ thể ta chỗ nào ít hay nhiều cũng có nước, mà nước là H2O, tức là có nguyên tử hiđrô. Đầu bệnh nhân nằm trong cuộn dây siêu dẫn, như vậy là mômen từ của các nguyên tử hiđrô có chuyển động đảo Lamor. Nếu ta lại tác dụng vào khu vực có đầubệnh nhân một sóng vô tuyến có cùng tần số Larmor, hiện tượng cộng hưởng sẽ xảy ra đối với các hạt nhân của nguyên tử hiđrô. Nếu tắt sóng vô tuyến các hạt nhân đó lại quay trở lại quay đảo thôngthường, không mạnh như lúc cộng hưởng nữa. Mômen từ của các hạt nhân khi từ trạng thái cộng hưởng quay về trạng thí quay đảo bình thường giống như quay cái nam châm sẽ sinh ra xung quanh nó một biếnthiên từ trường, do đó sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng nếu trong khu vực có từ trường biến thiên có một vòng dây dẫn.

Thời gian từ lúc tắt sóng vô tuyến để các mômen từ của hạt nhân từ chỗ quay đang mạnh theo kiểu cộng hưởng trở về trạng thái bình thường gọi là thời gian hồi phục. Suất điện động sinh ra tròng vòng dây dẫn sẽ dài hay ngắn, mạnh hay yếu tuỳ thuộc vào thời gian hồi phục nói trên.

Có thể chọn từ trường do cuộn siêu dẫn gây ra có giá trị thích hợp, phù hợp với tần số sóng vô tuyến kích thích, ta có thể làm cho các hạt nhân của nguyên tử hiđrô của đầu người đặt trong cuộn siêu dẫn có cộng hưởng. Không những thế, người ta còn dùng thêm các cuộn dây tạo ra gradient từ trường phụ để không phải tất cả mà là chỉ các hạt nhân của nguyên tử hiđrô ở trong một thể tích cỡ vài milimét khối ở trong đầu có cộng hưởng thôi. Thay đổi gradient từ trường một cách thích hợp, có thể “quét” thể tích cộng hưởng đó theo lớp này, lớp nọ v.v… Bây giờ giả sử ở một thể tích rất nhỏ như thế trong đầu có cộng hưởng, mômen từ của các hạt nhân nguyên tử hiđrô đang quay rất mạnh theo phương gần vuông góc với từ trường ngoài (từ trường của cuộn dây siêu dẫn). Nếu tắt sóng vô tuyến, hiện tượng cộng hưởng không còn nữa, momen từ của các hạt nhân nguyên tử hiđrô quay về gần song song với từ trường ngoài

Mômen từ quay tương tự như thanh nam châm làm cho từ trường xung quanh bị biến thiên, nếu đặt ở gần đấy một cuộn dây đo sẽ có suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây đo đó. Kỹ thuật ngày nay cho phép không những đo được suất điện động cảm ứng rất nhỏ đó mà còn phân biệt được hình dạng của xung điện. Như vậy, ta đã hiểu rõ nguyên lý của cách chụp ảnh MRI đối với trường hợp nguyên tử theo dõi là hiđrô. Tương tự, người ta có thể chụp ảnh MRI với nguyên tử theo dõi là oxy, natri… Đặc biệt, là đối với oxy, nhiều khu vực trong não, nơi nào hoạt động nhiều thì máu sẽ đến nhiều, oxy ở đó tăng lên. Do đó chụp ảnh MRI theo cộng hưởng của nguyên tử là oxy, ta không những biết được cấu tạo mà còn có thể biết được chức năng của từng phần trong vỏ não. Người ta còn gọi đó là chụp ảnh cộng hưởng từ chức năng (fMRI – Functional MRI). Thí dụ, có thể biết được một học sinh đang làm toán thì vùng nào ở vỏ não hoạt động mạnh.

Chụp ảnh MRI và fMRI thuộc loại ứng dụng tối tân nhất của vật lý vào lĩnh vực y học. Những nhà khoa học sáng chế ra phương pháp chụp ảnh này đã được giải Nobel.

Xem Thêm

Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Phát huy vai trò nòng cốt của trí thức KH&CN tỉnh Cà Mau
Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026 - 2031 tổ chức thành công thực sự đã mở ra một không gian mới để hội tụ sức mạnh, tâm huyết và trí tuệ của đội ngũ trí thức tỉnh nhà, định hình con đường kiến tạo và phát triển trong kỷ nguyên mới của đất nước.
Công bố Quyết định bổ nhiệm Giám đốc, Tổng biên tập Nhà xuất bản Tri thức
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Công bố quyết định về công tác cán bộ. Tại hội nghị, TSKH. Phan Xuân Dũng, Chủ tịch VUSTA đã trao Quyết định bổ nhiệm bà Bùi Thị Thu Hằng, Phó Giám đốc phụ trách, Phó Tổng biên tập NXB Tri thức giữ chức vụ Giám đốc, Tổng biên tập NXB Tri thức.
Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành tháng 4/2026
Ngày 28/4, tại Hà Nội, Đảng bộ Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (LHHVN) tổ chức Hội nghị Ban Thường vụ - Ban Chấp hành nhằm đánh giá kết quả công tác, đồng thời triển khai các nhiệm vụ trọng tâm, tạo chuyển biến mạnh mẽ trong công tác xây dựng Đảng và chuẩn bị cho Đại hội LHHVN nhiệm kỳ mới.
Nâng tầm sức mạnh văn hóa vùng Đất Tổ - Động lực quan trọng cho phát triển bền vững
Phát triển văn hóa và con người là nền tảng tinh thần, nguồn lực nội sinh, động lực cho phát triển nhanh bền vững. Quan điểm đó tiếp tục được khẳng định mạnh mẽ trong Nghị quyết số 80-NQ/TW của Bộ Chính trị. Nghị quyết nhấn mạnh văn hóa phải thấm sâu vào đời sống xã hội, gắn kết hài hòa với chính trị, kinh tế, môi trường, quốc phòng, an ninh, đối ngoại; thực sự trở thành sức mạnh mềm của quốc gia.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng dự Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I
Ngày 23/4, Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cà Mau lần thứ I, nhiệm kỳ 2026-2031 đã thành công tốt đẹp. Chủ tịch VUSTA Phan Xuân Dũng chúc mừng, đánh giá cao những nỗ lực rất lớn của Liên hiệp Hội tỉnh, đồng thời nhấn mạnh yêu cầu đẩy mạnh TVPB, ĐMST&CĐS, lan tỏa tri thức KH&CN, phục vụ trực tiếp đời sống người dân địa phương.
Tuyên Quang: Thúc đẩy năng lực triển khai năng lực hoạt động KHCN, ĐMST và CĐS trong sinh viên
Ngày 21/4, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (KH&KT) tỉnh Tuyên Quang phối hợp với Trường Cao đẳng Tuyên Quang tổ chức Hội thảo tập huấn, phổ biến kiến thức “Thúc đẩy năng lực triển khai hoạt động khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sinh viên” bằng hình thức trực tiếp và trực tuyến.