RISONANZA RISONANZA MAGNETICAMAGNETICA

Prof. M. Zompatori

RISONANZARISONANZA

MAGNETICAMAGNETICA

NUCLEARENUCLEARE

RISONANZARISONANZA

MAGNETICAMAGNETICA

NUCLEARENUCLEARE

• Non utilizza radiazioni ionizzanti

• Multiparametrica, approccio multiplanare

• Elevata risoluzione di contrasto

RMRM

FASI DI ESECUZIONE ESAME RM

Il paziente è posto in un magnete

E’ inviato impulso RF (onde e.m. ad elevata lunghezza d’onda: ambito delle onde radio)

Viene interrotto impulso RF

Il paziente emette un segnale usato per

La ricostruzione delle immagini

NUCLEO ATOMICONUCLEO ATOMICO

Istituto di Radiologia – Università di Parma

Protone

Neutrone

Elettrone

PRINCIPI TECNICIPRINCIPI TECNICINuclei atomici con proprietà magnetiche:

• numero dispari di protoni

• possiedono carica ed un impulso rotatorio attorno al proprio asse: spin ≠ 0: dipoli magnetici con un polo N e un polo S

• nucleo d’H: abbondante in acqua e lipidi (corpo umano: 70% acqua)

• Altri nuclei: P31, C13, Na23, F19

La carica in movimento La carica in movimento rappresenta una rappresenta una corrente corrente elettrica che a sua volta elettrica che a sua volta induceinduce un campo magnetico.un campo magnetico.

Istituto di Radiologia – Università di Parma

N

S

RISONANZA MAGNETICA

In natura i dipoli magnetici sono orientati a caso In natura i dipoli magnetici sono orientati a caso in tutte le direzioni: agitazione termicain tutte le direzioni: agitazione termica

Immessi in forte campo magnetico omogeneo e Immessi in forte campo magnetico omogeneo e costante nel tempo (CMS Bcostante nel tempo (CMS B00): i vettori si ): i vettori si

allineano lungo le linee di forza del CMS allineano lungo le linee di forza del CMS

Istituto di Radiologia – Università di Parma

RISONANZA MAGNETICARISONANZA MAGNETICAC

ampo m

agnetico

NN

SS

Il verso parallelo è energeticamente favorito: perché a più bassa energia potenziale

Lieve prevalenza dell’orientamento parallelo

10.000000

10.000007

Protone: moto diProtone: moto di precessioneprecessione attorno alla direzione del attorno alla direzione del campocampo

La La frequenza frequenza di precessione di precessione (di Larmor) è direttamente (di Larmor) è direttamente proporzionale all’intensità proporzionale all’intensità del campodel campo magnetico magnetico applicato.applicato.

Per restrizioni di natura quantistica l’allineamento

non può essere perfetto: PRECESSIONE

SPIN

Equazione di Larmor:

0 = B0

0

= frequenza di precessione = frequenza di precessione (MHz)(MHz)

= forza campo magnetico = forza campo magnetico esterno (in Tesla) esterno (in Tesla)

= costante giromagnetica: = costante giromagnetica: differente per diverse sostanze differente per diverse sostanze (per H: 42,5 MHz/T)(per H: 42,5 MHz/T)

B0

z

y

x

8 - 4 =4

z

y

x

La magnetizzazione longitudinale non è La magnetizzazione longitudinale non è direttamente misurabile dal momento direttamente misurabile dal momento che è orientata in direzione parallela al che è orientata in direzione parallela al campo magnetico esternocampo magnetico esterno

Abbiamo bisogno di magnetizzazione Abbiamo bisogno di magnetizzazione trasversale al campo magnetico esternotrasversale al campo magnetico esterno

RADIOFREQUENZA

onda e.m. ad elevata lunghezza d’onda: ambito

delle onde radio

IMPULSO DI RF: di breve durata

Non casuale ma selettivo: l’impulso RF ed i protoni

devono avere la stessa frequenza (Larmor) per

scambiare energia: fenomeno della risonanza

L’impulso di radiofrequenzaL’impulso di radiofrequenza,, cedendo energia cedendo energia al sistema, determinaal sistema, determina due diversi effettidue diversi effetti

Riduce la magnetizzazione longitudinale: Riduce la magnetizzazione longitudinale: maggior numero di protoni in allineamento maggior numero di protoni in allineamento antiparallelo antiparallelo

Determina la comparsa di una Determina la comparsa di una magnetizzazione trasversale: magnetizzazione trasversale: sincronizzazione dei moti di precessionesincronizzazione dei moti di precessione

1)

2)

Dopo RF: protoni tornano alla condizione iniziale (allineamento prevalentemente

parallelo, assenza di sincronismo dei moti di precessione).

L’energia introdotta con l’impulso viene restituita sotto forma di segnali

elettromagnetici (RF).

Questi segnali elettromagnetici vengono Questi segnali elettromagnetici vengono raccolti dalla stessa bobina trasmittente raccolti dalla stessa bobina trasmittente

l’impulso di radiofrequenza, che funziona l’impulso di radiofrequenza, che funziona ora come ora come

antenna riceventeantenna ricevente..

Questo segnale analogico è convertito in digitale e viene fatto corrispondere al

segnale proveniente da ciascun voxel in studio un tono di grigio sul pixel

corrispondente del video

I protoni cedono l’energia assorbita dalla I protoni cedono l’energia assorbita dalla RF al mezzo circostante (reticolo o RF al mezzo circostante (reticolo o lattice): rilassamento spin-latticelattice): rilassamento spin-lattice

Tornano all’allineamento paralleloTornano all’allineamento parallelo

T1:T1: tempo necessario per il recupero della tempo necessario per il recupero della magnetizzazione longitudinalemagnetizzazione longitudinale

RILASSAMENTO LONGITUDINALE

Tempo di rilassamento longitudinaleo T1 (lungo)(lungo)

• Dopo RF i protoni vanno fuori faseDopo RF i protoni vanno fuori fase

• Disomogeneità di campo: ogni protone è Disomogeneità di campo: ogni protone è influenzato dai piccoli campi magnetici dei influenzato dai piccoli campi magnetici dei nuclei vicininuclei vicini

• Rilassamento spin-spinRilassamento spin-spin

• T2:T2: tempo di decremento magnetizzazione tempo di decremento magnetizzazione trasversaletrasversale

RILASSAMENTO TRASVERSALERILASSAMENTO TRASVERSALE

Tempo di rilassamento trasversale o T2 (breve)

DP: densità protonica

• Rappresenta il numero di protoni, cioè Rappresenta il numero di protoni, cioè dei nuclei di H risonanti per unità di dei nuclei di H risonanti per unità di volume di tessutovolume di tessuto

• All’aumentare di tale numero aumenta All’aumentare di tale numero aumenta anche l’intensità del segnale RManche l’intensità del segnale RM

SEQUENZE RMSEQUENZE RM

• Insieme di impulsi di RFInsieme di impulsi di RF

• Danno la possibilità di ottenere immagini Danno la possibilità di ottenere immagini dipendenti in maggior misura dal T1 o dipendenti in maggior misura dal T1 o dal T2dal T2

• TR:TR: Tempo di ripetizione:Tempo di ripetizione: intervallo di intervallo di tempo tra l’inizio di una sequenza e la tempo tra l’inizio di una sequenza e la successivasuccessiva

• TE:TE: Tempo di Eco:Tempo di Eco: Intervallo di tempo Intervallo di tempo tra l’inizio della sequenza e la rilevazione tra l’inizio della sequenza e la rilevazione del segnaledel segnale

TR breve < 500 msTR lungo > 1500 msTE breve < 30 msTE lungo > 80 ms

• Sequenza T1 pesata: TR breve e TE Sequenza T1 pesata: TR breve e TE brevebreve

• Sequenza DP pesata: TR lungo e TE Sequenza DP pesata: TR lungo e TE brevebreve

• Sequenza T2 pesata: TR lungo e TE Sequenza T2 pesata: TR lungo e TE lungolungo

SEQUENZE RMSEQUENZE RM

• Inversion Recovery, Spin Echo, Turbo o Fast Spin Echo, Gradient Echo, Echo Planar

• L’operatore sceglie il tipo di sequenza per ottenere il massimo contrasto tra i tessuti prescelti esaltando le differenze in T1, DP e T2

MEZZI DI CONTRASTOMEZZI DI CONTRASTO

• Agiscono indirettamente sull’immagine Agiscono indirettamente sull’immagine modificando i tempi di rilassamento dei modificando i tempi di rilassamento dei nuclei di Hnuclei di H

• Paramagnetici: Chelati di Gadolinio: Paramagnetici: Chelati di Gadolinio: accorciano il T1accorciano il T1

• Superparamagnetici: ossidi di Fe: Superparamagnetici: ossidi di Fe: accorciano il T2accorciano il T2

ESEMPIESEMPI

• Demielinizzazione: aumento del T2: si sceglie la sequenza che esalti le differenze in T2 per contrastare meglio le aree di demielinizzazione

• Grasso e acqua: T1 molto diversi e T2 simili . Per contrastarli scelgo sequenza T1 pesata

Patologia Patologia multicisticamulticisticaPatologia Patologia multicisticamulticistica

ANGIO-RMANGIO-RM

• Segnale RM: sensibile al flusso che Segnale RM: sensibile al flusso che coinvolge i nuclei di Hcoinvolge i nuclei di H

• Posso visualizzare i vasi anche senza Posso visualizzare i vasi anche senza il mdcil mdc

RM FUNZIONALERM FUNZIONALE

• DIFFUSIONE: movimento casuale molecole d’acqua DIFFUSIONE: movimento casuale molecole d’acqua per agitazione termicaper agitazione termica

• PERFUSIONE: emodinamica microvascolarePERFUSIONE: emodinamica microvascolare

• BOLD: stato di ossigenazione ematicaBOLD: stato di ossigenazione ematica

• SPETTROSCOPIA: attività metabolica cellulareSPETTROSCOPIA: attività metabolica cellulare

spettroscopia RM in vivo del fosforo

SPETTROSCOPIA RM:SPETTROSCOPIA RM: nuclei di fosforo in varie nuclei di fosforo in varie molecole ATP, ADP, esteri fosforicimolecole ATP, ADP, esteri fosforici

Istituto di Radiologia – Università di Parma

RISONANZA MAGNETICA

VANTAGGI DELLA RM

Alta risoluzione di contrastoNon radiazioni ionizzantiCaratterizzazione dei tessutiRare reazioni al mdc

SVANTAGGI

Controindicazioni: pace-makers, schegge metalliche, protesi etc.Bassa risoluzione spazialeCosti

Istituto di Radiologia – Università di Parma

RISONANZA MAGNETICA

NOAi pazienti con

Pace makersProtesi metalliche mobiliOperati di cataratta prima del 1982 circaSchegge di metallo etc…IUDGravidanza prima del 3° trimestre