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 khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
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.

Tin mới

Liên hiệp Hội các tỉnh, thành phố: Phát huy hiệu quả nguồn lực trí tuệ giải quyết các bài toán thực tiễn tại địa phương
Hoạt động của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật các tỉnh, thành phố thời gian qua ngày càng bám sát yêu cầu phát triển và những vấn đề đặt ra từ thực tiễn. Thông qua tư vấn, phản biện chính sách, chuyển giao khoa học công nghệ, phổ biến kiến thức, đội ngũ trí thức đã có nhiều đóng góp thiết thực, góp phần đưa tri thức khoa học vào đời sống, phục vụ phát triển KH-XH tại địa phương.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đề xuất mạng lưới “Không gian vì Phát triển và Khả năng chống chịu”
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước đã nêu 5 nguyên tắc quản trị đa phương với không gian vũ trụ, kêu gọi không đe dọa hoặc sử dụng vũ lực, đặt con người và Trái Đất ở trung tâm, đồng thời sẵn sàng làm điểm kết nối cho Đông Nam Á trong hợp tác quốc tế về không gian vũ trụ.
Bắc Ninh: Tháo gỡ vướng mắc trong tổ chức các hội thi, cuộc thi
Ngày 08/9, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh đã tổ chức Tọa đàm “Nghị quyết số 25/2026/NQ-HĐND – Từ quy định đến thực tiễn tổ chức các hội thi, cuộc thi sáng tạo do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Bắc Ninh tham mưu, chủ trì”. Ông Nguyễn Hồng Sơn- Phó Chủ tịch Liên hiệp hội tỉnh chủ trì hội nghị.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm kết thúc tốt đẹp chuyến thăm cấp Nhà nước tới Liên bang Nga
Theo đặc phái viên TTXVN, tối 9/9 (giờ địa phương), Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm cùng Phu nhân và Đoàn đại biểu cấp cao Việt Nam rời thủ đô Moskva kết thúc tốt đẹp chuyến thăm cấp Nhà nước tới Liên bang Nga (từ ngày 7-9/9/2026) và tiếp tục thăm chính thức Cộng hòa Pháp, dự Hội nghị Thượng đỉnh Không gian vũ trụ tại Paris từ ngày 9 -12/9/2026.
Tuyên bố chung về củng cố hơn nữa quan hệ đối tác chiến lược toàn diện Việt Nam- Nga
Nhân chuyến thăm cấp Nhà nước của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm cùng Phu nhân và Đoàn Đại biểu cấp cao Việt Nam tới Liên bang Nga từ ngày 7-9/9, hai bên đã ra Tuyên bố chung về việc củng cố hơn nữa quan hệ Đối tác chiến lược toàn diện Việt Nam - Nga trong giai đoạn mới. Ban Biên tập vusta.vn trân trọng giới thiệu toàn văn Tuyên bố chung:
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm hội đàm với Tổng thống Nga Vladimir Putin
Trong khuôn khổ chuyến thăm cấp Nhà nước tới Liên bang Nga, ngày 9/9/2026, tại Điện Kremlin, sau Lễ đón trọng thị với nghi thức cấp nhà nước, Tổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam, Chủ tịch nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Tô Lâm đã hội đàm với Tổng thống Nga Vladimir Putin.
Hải Phòng: Sáp nhập Hội Làm vườn và Hội Kế hoạch hóa gia đình về Liên hiệp hội Thành phố
Ủy ban nhân dân thành phố Hải Phòng vừa ban hành Quyết định số 3494/QĐ-UBND ngày 29/8/2026 về việc cho phép sáp nhập Hội Làm vườn thành phố Hải Phòng và Hội Kế hoạch hóa gia đình thành phố Hải Phòng vào Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (Liên hiệp Hội) thành phố Hải Phòng.
Thanh Hoá: Tập huấn công nghệ số và ứng dụng số trong sản xuất và đời sống
Ngày 08/9, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Thanh Hóa (Liên hiệp hội tỉnh) đã phối hợp với Hội Tin học Thanh Hóa và Trường Đại học Hồng Đức tổ chức Hội nghị tập huấn với chủ đề “Công nghệ số và ứng dụng số cho công dân xuất sắc và tiêu biểu trong lao động và sản xuất trên địa bàn tỉnh”.