Chuyên đề Vật lí 12 Bài 6 (Chân trời sáng tạo): Chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Giải Chuyên đề Vật lí 12 Bài 6: Chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Mở đầu trang 39 Chuyên đề Vật Lí 12: Để chẩn đoán những bất thường của não (Hình 6.1) và tuỷ sống; các bệnh liên quan đến tim mạch; bệnh liên quan đến các cơ quan nội tạng như gan, lá lách, phổi, ... bác sĩ thường tư vấn và yêu cầu bệnh nhân chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI - Magnetic Resonance Imaging) để thu được những hình ảnh chi tiết hơn các kĩ thuật chụp ảnh khác như siêu âm, chụp ảnh cắt lớp (CT). Từ đó góp phần đáng kể giúp quá trình chẩn đoán của bác sĩ được chính xác hơn. Vậy kĩ thuật chụp cộng hưởng từ là gì và hoạt động dựa trên những cơ sở vật lí nào?

Lời giải:

Kĩ thuật chụp cộng hưởng từ là: một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh sử dụng từ trường và sóng radio để tạo ra hình ảnh giải phẫu của người bệnh.

Hoạt động trên những cơ sở vật lí là: dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân. Trong y học, kĩ thuật này thu nhận thông tin từ proton của hạt nhân nguyên tử hydrogen vì hạt nhân nguyên tử hydrogen chỉ chứa 1 proton và hydrogen có trong hầu hết các mô của cơ thể người. Mỗi proton này được coi như một nam châm siêu nhỏ với cặp cực từ Bắc-Nam. Khi các proton đặt vào từ trường mạnh và không đổi, các nam châm siêu nhỏ sẽ định hướng sao cho trục của chúng có xu hướng định hướng theo hướng hợp với phương của từ trường ngoài một góc sao cho hệ ở mức năng lượng thấp. Đồng thời trục của các nam châm luôn quay quanh một trục song song với vecto cảm ứng từ của từ trường ngoài theo tần số Larmor. Khi sóng vô tuyến kích thích trong máy MRI được bật lên với tần số bằng tấn số Larmor thì các proton ở trong từ trường ngoài sẽ nhận năng lượng và chuyển lên trạng thái có mức năng lượng cao hơn. Đây chính là hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân.

1. Sơ lược về chụp ảnh cộng hưởng từ

Hình thành kiến thức mới 1 trang 39 Chuyên đề Vật Lí 12: Tìm hiểu và giải thích vì sao ta luôn tìm thấy proton trong cơ thể sống.

Lời giải:

Ta luôn tìm thấy proton trong cơ thể sống vì: cơ thể sống được cấu tạo nên từ các nguyên tố cơ bản như C, H, O, N, S, P,… mà trong mỗi nguyên tố này đều được hình thành từ các nguyên tử của chúng, mỗi nguyên tử sẽ có một số proton nhất định.

Hình thành kiến thức mới 2 trang 41 Chuyên đề Vật Lí 12: Giải thích vì sao cần phải che chắn phòng đặt máy MRI khỏi sóng vô tuyến.

Lời giải:

Máy MRI hoạt động dựa trên nguyên tắc cộng hưởng từ hạt nhân, sử dụng từ trường mạnh và sóng radio tạo hình ảnh chi tiết của các cơ quan bên trong cơ thể. Sóng vô tuyến từ môi trường xung quanh có thể gây nhiễu làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy MRI, làm cho hình ảnh chất lượng không được tốt. Vì vậy cần phải che chắn phòng đặt máy MRI khỏi sóng vô tuyến.

Luyện tập trang 41 Chuyên đề Vật Lí 12: Tìm hiểu và trình bày ngắn gọn ưu và nhược điểm của kĩ thuật chụp MRI.

Lời giải:

Ưu điểm:

- Cung cấp hình ảnh chi tiết và độ phân giải cao: MRI có thể tạo ra hình ảnh chi tiết hơn so với các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh khác, đặc biệt là đối với các mô mềm như não, tủy sống, cơ bắp và khớp.

- Kĩ thuật chụp MRI không sử dụng tia X nên an toàn hơn cho bệnh nhân, phụ nữ mang thai và trẻ em.

- Có thể chẩn đoán nhiều bệnh lý khác nhau.

Nhược điểm:

- Chi phí cao hơn các kĩ thuật chẩn đoán khác.

- Thời gian chụp lâu hơn.

- Chống chỉ định một số bệnh nhân có kim loại cấy ghép trong cơ thể.

Vận dụng trang 41 Chuyên đề Vật Lí 12: Tìm hiểu những ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng từ trong lĩnh vực hoá học.

Lời giải:

Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng từ trong lĩnh vực hoá học:

- Xác định cấu trúc phân tử.

- Xác định tính chất hoá học: hiện tượng cộng hưởng từ cung cấp thông tin về tính chất hoá học của phân tử, có thể sử dụng để nghiên cứu cơ chế phản ứng hoá học bằng cách theo dõi sự thay đổi cấu trúc phân tử trong quá trình phản ứng.

- Phát triển thuốc: nghiên cứu tương tác giữa thuốc và protein, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của thuốc.

Bài tập (trang 41)

Bài tập trang 41 Chuyên đề Vật Lí 12: Tìm hiểu và so sánh mức độ an toàn của kĩ thuật MRI so với chụp CT.

Lời giải:

- Mức độ bức xạ: Chụp CT sử dụng tia X nên có nguy cơ tiềm ẩn phơi nhiễm bức xạ. MRI không sử dụng tia X nên không gây nguy cơ phơi nhiễm phức xạ.

- Chụp CT có gây ra một số tác dụng phụ như buồn nôn, chóng mặt. Chụp MRI không gây tác dụng phụ như trên nhưng trong quá trình chụp gây tiếng ồn lớn rất khó chịu.

Mức độ an toàn thì MRI an toàn hơn so với chụp CT do không gây nguy cơ phơi nhiễm bức xạ.