Bài 2: Giải phẫu Cộng hưởng từ (MRI) cột sống và các chuỗi xung cơ bản

Tại sao bài này quan trọng?

Nguyên lý & Kỹ thuật tạo ảnh (Principles & Acquisition)

1. Chuỗi xung T1-Weighted (T1W)

• Nguyên lý: Sử dụng thời gian lặp lại (Repetition Time - TR) ngắn và thời gian vọng âm (Echo Time - TE) ngắn. Chuỗi xung này đo lường tốc độ hồi phục dọc (longitudinal relaxation) của các proton hydro.
• Đặc điểm hình ảnh: Các mô có thời gian thư duỗi T1 (T1 relaxation time) ngắn như mỡ (fat) sẽ cho tín hiệu cao (sáng) trên ảnh T1W. Ngược lại, nước và dịch não tủy có thời gian T1 dài sẽ cho tín hiệu thấp (tối).
• Vai trò: Đây là chuỗi xung tối ưu để đánh giá bản đồ giải phẫu (anatomical roadmap), khảo sát thành phần mỡ của tủy xương (bone marrow) và mỡ ngoài màng cứng (epidural fat), cũng như phát hiện các tổn thương di căn hoặc thâm nhiễm xương làm mất tín hiệu mỡ bình thường.

2. Chuỗi xung T2-Weighted (T2W)

• Nguyên lý: Sử dụng TR dài và TE dài. Chuỗi xung này đo lường sự suy giảm cơ học của độ phân cực ngang hay còn gọi là thư duỗi ngang T2 (T2 relaxation).
• Đặc điểm hình ảnh: Các chất có thời gian thư duỗi T2 dài như nước tự do (dịch não tủy) và nước liên kết (trong nhân nhầy đĩa đệm lành mạnh) sẽ có tín hiệu rất cao (sáng). Mỡ có tín hiệu trung bình đến cao trên các chuỗi xung Fast Spin Echo (FSE) T2W hiện đại.

Hình 1: MRI cột sống cổ T2W cho thấy tín hiệu sáng của dịch và mô mềm.

• Vai trò: T2W tạo ra hiệu ứng tủy đồ (myelographic effect) tự nhiên, nơi dịch não tủy sáng rực làm nổi bật hình ảnh tủy sống và các rễ thần kinh màu tối bên trong khoang dưới nhện (subarachnoid space). Đây là chuỗi xung chủ đạo để đánh giá tình trạng chèn ép tủy, hẹp ống sống, và mức độ ngậm nước (hydration) của đĩa đệm.

3. Chuỗi xung STIR (Short Tau Inversion Recovery)

• Nguyên lý: Đây là chuỗi xung phục hồi đảo ngược (Inversion Recovery) sử dụng một xung đảo ngược 180 độ ban đầu, sau đó đợi một khoảng thời gian chính xác gọi là thời gian đảo ngược (Inversion Time - TI) trước khi phát xung đọc tín hiệu. Bằng cách chọn TI khớp với điểm triệt tiêu (null point) của mỡ (thường khoảng 130 đến 150 ms ở máy 1.5 Tesla), tín hiệu từ mỡ sẽ hoàn toàn bị xóa bỏ.
• Đặc điểm hình ảnh: Mỡ có màu đen sẫm, trong khi nước tự do hoặc dịch phù nề (edema) có thời gian T1 dài sẽ nổi bật lên với tín hiệu cực cao.

Hình 2: MRI cột sống cổ STIR hiển thị mỡ bị loại bỏ và phù nổi bật.

• Vai trò: STIR cực kỳ nhạy trong việc phát hiện tình trạng phù tủy xương (bone marrow edema), tổn thương dây chằng, và các ổ dịch viêm nhỏ mà trên T2W thông thường có thể bị che lấp bởi tín hiệu sáng của mỡ tủy xương.

4. Chuỗi xung T2* Gradient Echo (T2* GRE)

• Nguyên lý: Khác với các chuỗi xung Spin Echo sử dụng xung tái hội tụ 180 độ để loại bỏ các bất đồng nhất của từ trường tĩnh, chuỗi xung Gradient Echo (GRE) sử dụng các gradient đảo chiều để tạo tín hiệu echo và góc lật (flip angle) nhỏ hơn 90 độ. Điều này khiến hình ảnh cực kỳ nhạy cảm với sự mất đồng nhất từ trường cục bộ (T2* hiệu dụng).
• Đặc điểm hình ảnh: Cho thấy sự tương phản rõ rệt giữa xương, đĩa đệm và dịch não tủy. Các cấu trúc chứa hợp chất chứa sắt (hemosiderin) hoặc canxi sẽ gây ra hiệu ứng độ cảm từ (susceptibility effect) làm sụt giảm tín hiệu mạnh.
• Vai trò: Thường được ứng dụng trong khảo sát cột sống cổ trên mặt cắt ngang (axial) để phân biệt rõ ranh giới giữa chồi xương (osteophytes) phía sau thân đốt sống với đĩa đệm thoát vị, đồng thời đánh giá chi tiết các lỗ liên hợp (neural foramina).

Các chuỗi xung & Protocol ứng dụng (Sequences & Protocols)

1. Thiết lập Protocol chuẩn cho các phân đoạn cột sống

• Cột sống cổ (Cervical Spine):
  • Sagittal T1W, Sagittal T2W, Sagittal STIR (hoặc T2W xóa mỡ).
  • Axial T2W (FSE) hoặc Axial T2* GRE (để đánh giá lỗ liên hợp và rễ thần kinh cổ đi ra).
• Cột sống ngực (Thoracic Spine):
  • Sagittal T1W, Sagittal T2W.
  • Axial T2W qua các tầng nghi ngờ tổn thương tủy. Do tủy ngực dài và có kích thước nhỏ, việc định vị chính xác tầng đốt sống trên mặt cắt dọc bằng cách đếm từ C2 xuống hoặc từ xương sườn 12 lên là vô cùng quan trọng.
• Cột sống thắt lưng - cùng (Lumbar Spine):
  • Sagittal T1W, Sagittal T2W.
  • Axial T2W cắt song song với các khe đĩa đệm L3-L4, L4-L5, L5-S1.
  • Sagittal STIR được bổ sung khi cần tìm tổn thương viêm khớp liên mấu, gãy xương kín đáo hoặc viêm thân đốt sống đĩa đệm.

2. Giải phẫu chi tiết các cấu trúc thần kinh và phần mềm trên MRI

Tủy sống cổ và ngực (Cervical and Thoracic Spinal Cord)

• Phình tủy (spinal cord enlargements): Tủy sống có hai vị trí phình lớn tự nhiên tương ứng với nơi xuất phát của các đám rối thần kinh chi phối chi trên và chi dưới: phình tủy cổ (cervical enlargement) kéo dài từ mức C4 đến T1, và phình tủy thắt lưng (lumbar enlargement) từ mức T9 đến T12.
• Ống trung tâm (central canal): Nằm ở trung tâm chất xám của tủy sống, lót bởi tế bào biểu mô nội tủy (ependymal cells) và chứa một lượng rất nhỏ dịch não tủy. Trên các máy MRI từ lực cao (3.0 Tesla), ống trung tâm bình thường đôi khi có thể quan sát thấy dưới dạng một chấm tăng tín hiệu T2 cực nhỏ (đường kính nhỏ hơn 2 mm) ở vùng nón tủy, đây là một phát hiện sinh lý bình thường.

Nón tủy (Conus Medullaris) và Dây tận cùng (Filum Terminale)

• Nón tủy (conus medullaris): Là phần tận cùng có hình nón của tủy sống. Ở người trưởng thành bình thường, vị trí của đỉnh nón tủy dao động từ bờ dưới thân đốt sống T12 đến bờ dưới thân đốt sống L1 hoặc L2 (thường gặp nhất là ngang mức đĩa đệm L1-L2). Nếu nón tủy nằm thấp dưới mức L2, cần nghi ngờ hội chứng tủy bám thấp (tethered cord syndrome).
• Dây tận cùng (filum terminale): Là một dải sợi mô liên kết mỏng (lá tạng của màng mềm) kéo dài từ đỉnh nón tủy đi xuống dưới dọc theo bao màng cứng (thecal sac) và bám vào xương cụt. Trên phim MRI cắt ngang thắt lưng bình thường, dây tận cùng có đường kính nhỏ hơn 2 mm và nằm chính giữa, xung quanh là các rễ thần kinh của chùm đuôi ngựa.

Chùm đuôi ngựa (Cauda Equina)

• Đặc điểm hình ảnh: Trên mặt cắt ngang (axial T2W), trong điều kiện bệnh nhân nằm ngửa khi chụp, các rễ thần kinh của chùm đuôi ngựa (cauda equina) sẽ tự do phân bố và có xu hướng lắng đọng nhẹ về phía sau (phía thấp do trọng lực) của bao màng cứng. Chúng xuất hiện dưới dạng các chấm tròn nhỏ, tín hiệu thấp (tối) nổi bật trên nền dịch não tủy sáng. Sự phân bố đều đặn và không dính vào nhau là dấu hiệu của một chùm đuôi ngựa bình thường.

Hệ thống dây chằng cột sống

• Dây chằng dọc trước (Anterior Longitudinal Ligament - ALL): Là một dải xơ rộng, bám chắc vào bờ trước của các thân đốt sống và đĩa đệm. Trên phim sagittal, nó xuất hiện như một đường viền đen mỏng chạy dọc phía trước cột sống.
• Dây chằng dọc sau (Posterior Longitudinal Ligament - PLL): Nằm ở thành trước ống sống, bám vào bờ sau của các thân đốt sống và đĩa đệm. PLL hẹp hơn và yếu hơn ALL. Trên MRI, PLL bình thường rất khó tách biệt rõ ràng với màng cứng phía sau và vòng xơ phía trước do tất cả đều có tín hiệu tối.
• Dây chằng vàng (Ligamentum Flavum): Kết nối các mảnh sống (laminae) của các đốt sống kế cận, tạo nên thành sau của ống sống. Trên mặt cắt ngang (axial), dây chằng vàng bình thường có hình chữ V ngược, độ dày sinh lý bình thường không quá 3 đến 4 mm. Sự dày lên của dây chằng vàng là một trong những nguyên nhân chính gây hẹp ống sống mắc phải.

Cạm bẫy hình ảnh & Cách khắc phục (Artifacts & Pitfalls)

1. Nhiễu ảnh Gibbs (Gibbs phenomenon / truncation artifact)

• Hiện tượng: Xuất hiện dưới dạng một đường tăng tín hiệu giả chạy dọc ở chính giữa tủy sống cổ trên mặt cắt dọc (sagittal T2W). Hiện tượng này rất dễ bị chẩn đoán nhầm là bệnh lý rỗng tủy (syringomyelia) hoặc viêm tủy cắt ngang.
• Cơ chế vật lý: Do sự giới hạn của ma trận toán học (Fourier transform) khi tái tạo hình ảnh tại các ranh giới có sự thay đổi tín hiệu đột ngột (như ranh giới giữa tủy sống tối và dịch não tủy sáng xung quanh) khi sử dụng ma trận mã hóa pha (phase-encoding matrix) thấp.
• Cách khắc phục: Tăng độ phân giải không gian bằng cách tăng kích thước ma trận thu nhận (ví dụ từ 192 lên 256 hoặc 512) hoặc giảm trường nhìn (Field of View - FOV).

2. Nhiễu ảnh do dòng chảy dịch não tủy (CSF flow void / pulsation artifact)

• Hiện tượng: Xuất hiện các vùng giảm tín hiệu không đều hoặc các dải nhiễu dạng sóng chạy dọc theo khoang dưới nhện trên chuỗi xung T2W, đặc biệt là ở vùng cột sống ngực. Đôi khi các vệt đen này trông giống như các búi mạch dị dạng hoặc các u nhỏ trong màng cứng ngoài tủy.
• Cơ chế vật lý: Do sự chuyển động theo nhịp đập của dịch não tủy dưới tác động của chu kỳ tim. Các proton trong dịch não tủy di chuyển ra khỏi lát cắt trước khi nhận đủ xung 180 độ để tạo echo, dẫn đến mất tín hiệu.
• Cách khắc phục: Sử dụng kỹ thuật bù dòng chảy (flow compensation / gradient nulling), đồng bộ hóa nhịp tim (cardiac gating), hoặc đặt các dải bão hòa (saturation bands) phía trước cột sống để triệt tiêu nhiễu động từ mạch đập của động mạch chủ.

3. Nhiễu ảnh do độ cảm từ (susceptibility artifact)

• Hiện tượng: Biến dạng hình ảnh nghiêm trọng, xuất hiện các vùng khuyết tín hiệu lớn màu đen kèm theo viền sáng chói xung quanh. Hiện tượng này xảy ra rất mạnh trên chuỗi xung T2* GRE.
• Cơ chế vật lý: Do sự hiện diện của các vật liệu có độ cảm từ khác biệt lớn so với mô xung quanh (như dụng cụ cố định cột sống bằng kim loại, hoặc canxi hóa đậm đặc, không khí trong đĩa đệm - hiện tượng chân không).
• Cách khắc phục: Tránh dùng chuỗi xung Gradient Echo khi nghi ngờ có dị vật kim loại. Thay thế bằng các chuỗi xung Fast Spin Echo (FSE) với khoảng cách echo ngắn (short echo spacing) hoặc sử dụng các chuỗi xung giảm nhiễu kim loại chuyên biệt (Metal Artifact Reduction Sequence - MARS).

Minh họa ca lâm sàng (DICOM Cases)

🩺 Ca bệnh: Thoát vị thực thụ đĩa đệm cổ (cervical disc extrusion)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Bệnh nhân đau cổ lan xuống bàn tay phải, gợi ý chèn ép rễ thần kinh cấp độ cổ.
• Đặc điểm hình ảnh học: Hình ảnh cho thấy thoát vị đĩa đệm thực thụ tại cột sống cổ, chèn ép rễ thần kinh C7 bên phải. Chuỗi xung Gradient Echo (T2* GRE) giúp phân biệt rõ ràng mô đĩa đệm thoát vị với các gai xương (osteophytes) xung quanh.
• Đối chiếu lý thuyết: Ca này minh họa vai trò quan trọng của chuỗi xung T2* GRE trong bài học, giúp phân biệt ranh giới xương - đĩa đệm nhờ độ nhạy cảm với độ cảm từ, tránh nhầm lẫn chồi xương với khối thoát vị mềm.

🩺 Ca bệnh: Viêm đĩa đệm - viêm xương tủy L2/3 (Discitis-osteomyelitis)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Bệnh nhân liệt hai chi dưới, sốt đêm kéo dài nhiều tuần, gợi ý nhiễm trùng cột sống.
• Đặc điểm hình ảnh học: Hình ảnh cho thấy phá hủy nghiêm trọng các thân đốt sống L2 và L3, viêm khớp liên mấu và hình thành nhiều ổ áp xe kế cận. Tín hiệu tủy xương thay đổi rõ rệt.
• Đối chiếu lý thuyết: Đây là ví dụ điển hình cho giá trị của chuỗi xung STIR và T2W trong việc phát hiện phù nề tủy xương (bone marrow edema) và dịch viêm, đồng thời chuỗi T1W cho thấy sự mất mỡ bình thường trong thân đốt sống do nhiễm trùng.

🩺 Ca bệnh: Thoát vị đĩa đệm gian đốt sống (prolapsed intervertebral disc - PIVD)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Đau thắt lưng kèm đau nhói bắn xuống hai chi dưới, đau tăng khi gập người và test nâng chân thẳng dương tính.
• Đặc điểm hình ảnh học: Tại mức L4-L5 quan sát thấy lồi đĩa đệm rộng gốc chèn ép bao màng cứng. Đĩa đệm bị thoát vị có tín hiệu tối hơn trên T2W so với các đĩa khác, biểu hiện của mất nước.
• Đối chiếu lý thuyết: Ca bệnh minh họa nguyên lý chuỗi xung T2W: đĩa đệm bình thường ngậm nước sẽ sáng, trong khi đĩa thoái hóa mất nước sẽ giảm tín hiệu (tối), giúp đánh giá mức độ thoái hóa và chèn ép dây thần kinh.

🩺 Ca bệnh: Xơ cứng rải rác ở tủy sống (multiple sclerosis of the spine)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Bệnh nhân có yếu nửa chân trái kéo dài một tháng, gợi ý tổn thương rời rạc của hệ thần kinh trung ương.
• Đặc điểm hình ảnh học: Chuỗi T2 TSE cho thấy tổn thương dạng bầu dục tăng tín hiệu ở vùng bên ngoài tủy sống cổ. Tổn thương có tăng cường độ vòng sau khi tiêm Gadolinium trên T1.
• Đối chiếu lý thuyết: Ca này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá tín hiệu tủy sống trên T2W và sử dụng độ tương phản để nhận diện các mảng nhồi myelin (plaques), đồng thời cảnh giác phân biệt với các nhiễu ảnh hoặc biến thể giải phẫu.

Điểm mấu chốt kỹ thuật

1. T1W là chuỗi xung giải phẫu: Luôn sử dụng T1W để đánh giá cấu trúc xương, mỡ tủy xương và mỡ ngoài màng cứng. Sự biến mất của tín hiệu mỡ bình thường trên T1W là dấu hiệu chỉ điểm tổn thương xương nhạy bén.
2. T2W là chuỗi xung bệnh lý và dịch: Dịch não tủy sáng trên T2W tạo ra độ tương phản tự nhiên giúp đánh giá chính xác mức độ chèn ép tủy sống và rễ thần kinh. Đĩa đệm bình thường ngậm nước sẽ sáng trên T2W; sự giảm tín hiệu T2W của nhân nhầy là biểu hiện sớm của thoái hóa.
3. STIR là vũ khí phát hiện phù nề: Bằng cách triệt tiêu hoàn toàn tín hiệu mỡ, STIR làm nổi bật các tổn thương chứa nước như phù tủy xương do chấn thương, viêm khớp liên mấu, hoặc các ổ nhiễm trùng giai đoạn sớm.
4. Nhận diện nón tủy bình thường: Đỉnh nón tủy phải nằm trên mức đĩa đệm L1-L2 (hoặc tối đa là bờ dưới L2). Bất kỳ trường hợp nào nón tủy nằm thấp hơn cần được khảo sát kỹ để loại trừ hội chứng tủy bám thấp.
5. Cảnh giác với nhiễu ảnh Gibbs: Một đường sáng chạy dọc giữa tủy cổ trên phim sagittal T2W cần được đối chiếu cẩn thận với mặt cắt ngang (axial) và kiểm tra thông số ma trận chụp để tránh chẩn đoán nhầm với bệnh lý rỗng tủy thực sự.

Bài tiếp theo

📷 Nguồn hình ảnh tham khảo

• [Hình 1] Cervical Spine MRI (T2W).jpg - Nguồn: Wikimedia Commons · Андрей Королев 86, Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
• [Hình 2] Cervical spine MRI T1FSE T2frFSE STIR 01.jpg - Nguồn: Wikimedia Commons · Nevit Dilmen (talk), Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)