“Găng tay” chụp cộng hưởng từ: Phát kiến cho giải phẫu bàn tay

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Y khoa New York, Hoa Kỳ đang nghiên cứu chế tạo một bộ phận của máy chụp cộng hưởng từ (MRI) được thiết kế có dạng chiếc găng tay giúp cho công tác chẩn đoán bệnh trong tương lai và cho phép xây dựng được hình ảnh atlas linh hoạt đối với giải phẫu bàn tay, giúp định hướng cho phẫu thuật với những hình ảnh ở vị trí thực tế hơn hoặc hỗ trợ thiết kế những bộ phận giả tốt hơn…

Hạn chế của kỹ thuật chụp MRI hiện tại

Từ khi xuất hiện lần đầu tiên vào những năm 1970, MRI đã giúp cho các bác sĩ quan sát tốt hơn các mô bên trong cơ thể, do đó có thể chẩn đoán được cho hàng triệu ca bệnh hằng năm, từ các khối u ở não đến xuất huyết nội hay rách dây chằng. Tuy nhiên, kỹ thuật này lại có những hạn chế cơ bản.

MRI hoạt động bằng cách bao phủ các mô trong một từ trường sinh ra khi các nguyên tử hydro bất kỳ xếp thẳng hàng để tạo một lực từ trung bình theo một hướng ở mỗi lát cắt mô. Những “nam châm” nhỏ này sau đó có thể được đưa bật ra khỏi cân bằng bởi sóng của lực điện từ (sóng radio). Mỗi khi như vậy, chúng sẽ quay (giống kiểu con quay) và cũng phát ra tín hiệu radio, cho phép phát hiện được vị trí cũng như hiển thị bằng hình ảnh.Như vậy, nguyên lý cơ bản của MRI là các cuộn phát tần số radio sẽ chuyển sóng radio thành dòng điện có thể phát hiện được. Tuy nhiên, điều này có nghĩa là sóng radio bắt được sẽ tạo ra rất ít dòng bên trong cuộn nhận tín hiệu, rồi những cuộn này sẽ tạo ra từ trường cho riêng chúng và ngăn cản các cuộn xung quanh bắt được những tín hiệu rõ.

Hơn 30 năm qua, rất nhiều nỗ lực được thực hiện nhằm quản lý được tương tác giữa các cuộn phát sóng cạnh nhau. Kết quả là sự ra đời của các thiết bị quét MRI hiện đại trong đó các cuộn nhận tín hiệu được bố trí cực kỳ cẩn thận để có thể loại bỏ từ trường của những cuộn xung quanh. Khi sự bố trí tốt nhất được thiết lập, các cuộn tín hiệu sẽ không còn di chuyển so với nhau nữa, điều này làm hạn chế khả năng chụp của MRI đối với những khớp chuyển động hoặc phức tạp.

Tín hiệu MRI được tạo ra bởi các nguyên tử hydro và do đó kỹ thuật này là vượt trội trong chụp ảnh các cấu trúc mô mềm giàu nước.

Vấn đề nay đã được giải quyết

Vì tất cả các thiết bị quét MRI hiện tại đều đo tín hiệu tạo dòng trên cuộn nhận tín hiệu (detector), những cuộn như vậy luôn luôn được thiết kế dưới dạng cấu trúc có trở kháng thấp nhằm cho phép dòng điện được truyền tải dễ dàng. Đột phá mới của nghiên cứu này là ở chỗ các nhà khoa học đã thiết kế được một cấu trúc có trở kháng cao để phong bế dòng điện, rồi sau đó đo điện thế của dòng điện được thiết lập trong cuộn.

Khi không có dòng điện do tín hiệu MRI tạo ra, các cuộn nhận tín hiệu mới sẽ không tạo được từ trường gây ảnh hưởng đến các cuộn nhận tín hiệu xung quanh nữa và do đó không còn cần đến những cấu trúc cứng. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng hệ thống của họ với những cuộn phát tín hiệu mới được khâu vào một găng tay vải, tạo được những hình ảnh sắc nét các loại cơ di động tự do, gân và dây chằng ở bàn tay khi chơi đàn piano và tóm bắt đồ vật.

Tín hiệu MRI được tạo ra bởi các nguyên tử hydro và do đó kỹ thuật này là vượt trội trong chụp ảnh các cấu trúc mô mềm giàu nước. Chính vì lý do đó, MRI là kỹ thuật lý tưởng để chụp ảnh các mô, dây thần kinh, sụn… là những tổ chức khó nghiên cứu khi sử dụng các phương pháp không xâm lấn khác. Tuy nhiên, gân và dây chằng được cấu tạo từ những protein đặc thay vì dịch lỏng nên vẫn khó thấy được một cách riêng lẻ bởi vì cả hai tổ chức này sẽ xuất hiện dưới dạng các dải đen chạy dọc theo xương.

Nghiên cứu mới này phát hiện rằng, trong hiển thị hình ảnh các ngón tay khi chúng uốn cong, các cuộn phát tín hiệu mới làm bộc lộ cách thức các dải màu đen này di chuyển cùng với xương, điều này có thể giúp phân loại được những điểm khác nhau giữa các loại tổn thương.

Các nhà khoa học hy vọng rằng kết quả của nghiên cứu này sẽ mở ra một kỷ nguyên mới trong thiết kế máy chụp MRI, bao gồm cả loại băng buộc quanh đầu gối bị chấn thương hay các kiểu mũ đội đầu tiện lợi để nghiên cứu sự phát triển não bộ ở trẻ sơ sinh.