Principi fisici della RM

Armando TartaroDipartimento di Scienze Cliniche e Bioimmagini

sez. di Scienze Radiologiche

Università “G. d’Annunzio” - Chieti

penetrabilità

onde radio

micro onde

infrarossi luce UVA raggi X

onde elettromagnetiche

energia +-

RM

effetto termico effetto ionizzante

INTERAZIONE TRA ONDE RADIO

ED NUCLEI DI H° DELLE VARIE

STRUTTURE DEL CORPO, IN

PRESENZA DI UN FORTE CAMPO

MAGNETICO

Risonanza Magnetica

COMPONENTI DI UN SISTEMA RM

magnete: genera un campo magnetico statico (B0)

bobine (B1): formazione dei gradienti e ricezione- trasmissione delle onde RF

amplificatore: formazione degli impulsi RF

computer: elaborazione delle sequenze e ricostruzione delle immagini

1° STEPRF

Il corpo viene esposto ad un fascio di onde radio di una determinata frequenza

2° STEP RF

Un radioricevitore attende l’eco proveniente dal corpo a questa frequenza

Principi fisici

fenomeno della RM

sequenze RM e parametri di scansione

contrasto nelle immagini RM

mezzi di contrasto

carica elettricaNucleo di H+

spin

DIPOLO MAGNETICO

AA B B

AA = nuclei di H+e relativi momenti magnetici in assenza di campo magnetico esterno (vettore risultante nullo)

BB = nuclei di H + in presenza di un campo magnetico esterno e relativi momenti magnetici (momento magnetico risultante)

MAGNETIZZAZIONEMACROSCOPICA

VETTORI DEI SINGOLI MOMENTI MAGNETICI

CAMPO MAGNETICO

IN REALTA’ IL NUCLEO DI H° DESCRIVE UN’ORBITA RISPETTO AL SUO ASSE:

MOVIMENTO DI PRECESSIONEMOVIMENTO DI PRECESSIONE

Teorema di Larmor = B0 x

Frequenza Di Precessione ( )= Campo Magnetico Applicato (B0) per Costante Giromagnetica ()

Se applichiamo Radiofrequenza al sistema alla stessa frequenza di precessione degli Spin, trasferiremo energia in grado di variare l’angolo formato tra il momento magnetico e il campo magnetico

FENOMENO DELLA RISONANZA

IN CONDIZIONI DI EQUILIBRIO LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA M E’ ALLINEATA CON IL CAMPO MAGNETICO (B0)

SOLLECITANDO LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA INIZIALE CON ONDE DI RF SI AVRA’ UNA COMPONENTE LONGITUDINALE LUNGO L’ASSE Z DIVERSA DA QUELLA DI EQUILIBRIO E ....

NASCERA’ UNA NUOVA COMPONENTE SUL PIANO XY

TOGLIENDO RF AL SISTEMA LA

COMPONENTE DELLA MAGNETIZZAZIONE

NEL PIANO XY GENERERA UN CAMPO

ELETTROMAGNETICO INDOTTO NELLA

BOBINA RICEVENTE CHE RAPPRESENTA IL

SEGNALE RM (FREE INDUCTION DECAY o FID)

SEGNALE RM

SEGNALE RML’AMPIEZZA E LA DURATA DEL SEGNALE RM (FID) SONO FUNZIONE DI DUE DIFFERENTI PROCESSI DI CESSIONE DELL’ENERGIA SOMMINISTRATA (RF), INDICATI COME TEMPI DI RILASSAMENTO T1 E T2

L’AMPIEZZA DEL SEGNALE RM DIPENDE ANCHE DALLA DENSITA’ DI PROTONI H+ PRESENTI NEL VOLUME ECCITATO (DENSITA’ PROTONICA o DP)

I TEMPI DI RILASSAMENTO T1 E T2 SONO A LORO VOLTA DIPENDENTI DALLO STATO FISICO, SOLIDO O LIQUIDO, DEL TESSUTO ECCITATO

LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA LONGITUDINALE TENDERA’ AL VALORE DI EQUILIBRIO CON UNA COSTANTE

T1 = tempo di rilassamento longitudinale o spin reticolo

IL SEGNALE DECADRA’ NEL TEMPO CON UNA COSTANTEA CAUSA DELLA PERDITA DI COERENZA DI FASE DEGLI SPIN

TEMPO T2 = tempo di rilassamento trasversale o spin-spin

Valori dei T1 e T2 di alcuni tessuti biologici

I VALORI DEI TEMPI DI RILASSAMENTO DIPENDONO

DALLA MOBILITA’ CHE HANNO I SINGOLI MOMENTI MAGNETICI NELLE

STRUTTURE MOLECOLARI

DAL MEZZO IN CUI LE MOLECOLE SONO IMMERSE

F I DF I D

segnale ottenuto sotto forma di radiofrequenza durante la fase di rilassamento dopo un impulso

Principi fisici

fenomeno della RM

sequenze RM e parametri di scansione

contrasto nelle immagini RM

mezzi di contrasto

A SECONDA DELLA DURATA DELL’APPLICAZIONE DELLA RF SI OTTERRANNO DIVERSI ANGOLI DI DEFLESSIONE DELLA M NEI CONFRONTI DELLA DIREZIONE Z

90°

180°

SEQUENZE SPIN ECHOSEQUENZE SPIN ECHO

FACENDO SEGUIRE AD UN IMPULSO A 90° UN IMPULSO A 180° DOPO POCHI ms SI OTTIENE UN ECO

SEQUENZA DI IMPULSI(che in questo caso prende il nome di SPIN ECHO (SE)

Impulso a 90°

perdita della coerenza di fase

Impulso a 180°

defasamentoRF

rifasamentoeco

SEQUENZA INVERSION RECOVERYSEQUENZA INVERSION RECOVERY

FACENDO SEGUIRE AD UN IMPULSO DI 180° UN IMPULSO A 90° DOPO POCHI ms SI OTTIENE UN ECO

SEQUENZA DI IMPULSI(che in questo caso prende il nome di INVERSION RECOVERY (IR)

SEQUENZE GRADIENT ECHOSEQUENZE GRADIENT ECHO

FACENDO SEGUIRE AD UN IMPULSO DI 90° UNA INVERSIONE DI 180° DEL GRADIENTE DI CAMPO MAGNETICO SI OTTIENE UN ECOSEQUENZA DI IMPULSI(che in questo caso prende il nome di GRADIENT ECHO (GE)

Tempo di Eco (TE) = tempo che intercorre tra l’impulso RF di eccitazione e il momento in cui la bobinaricevente viene attivata per la ricezione delsegnale RM (eco)

Tempo di = tempo che intercorre tra due impulsi di Ripetizione (TR) eccitazione RF

Angolo di Flip = angolo di deflessione della M rispetto alla (FA) direzione del campo magnetico

PARAMETRI DI ACQUISIZIONE

IL SEGNALE OTTENUTO PRENDE IL NOME DI

ECOECOIN QUANTO E’ UN SEGNALE DI RITORNO REGISTRABILE

CON UN DISCRETO RITARDO RISPETTO AL FID

L’INTENSITA’ DELL’ ECO DIPENDERA’ DA:

DENSITA’ PROTONICA DEL TESSUTO

ENTITA’ DEL RECUPERO LONGITUDINALE (T1)

TEMPO IN CUI I H+ MANTENGONO LA COERENZA DI FASE (T2)

Principi fisici

fenomeno della RM

sequenze RM e parametri di scansione

contrasto nelle immagini RM

mezzi di contrasto

VARIANDO TE, TR e FA TE, TR e FA ( parametri di acquisizione)

E’ POSSIBILE MODULARE L’IMPORTANZA RELATIVADELLA:

DENSITA’ PROTONICA T1 T2

TR BREVE = AMPLIFICA LE DIFFERENZE DI SEGNALEAUMENTANDO IL CONTRASTO FRA TESSUTICON DIVERSO T1

“PESATE IN T1”

TR LUNGO = TESSUTI CON DIFFERENTE T2 MOSTRANOUN INCREMENTO DEL CONTRASTOUTILIZZANDO

TE LUNGHI = “PESATE IN T2”TE BREVI = “PESATE IN DP”

COMPORTAMENTO DEL SEGNALE IN BASE AI PARAMETRI DI ACQUISIZIONE

TR ms

TE

SCARSOCONTRASTO

T2 PESATA

DP PESATAT1PESATA

VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TR E TE

ms

FA gradi°

TE

SCARSOCONTRASTO

T1 PESATA

DP PESATAT2 PESATA

VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TE E FA

ms

-

+

+-

FATTORI CHE DETERMINANO IL CONTRASTO DELL’IMMAGINE

T1 - T2 - DP PARAMETRI PROPRI DEL TESSUTO IN ESAME

TE - TR - FA PARAMETRI MODIFICABILI DALL’OPERATOREMDC

CODIFICA SPAZIALE DEL SEGNALE RM (ECO)

L’ECO VIENE COLLOCATO SPAZIALMENTE SECONDO DUE COORDINATE:

FREQUENZA & FASE

FREQUENZA FASE

CODIFICA SPAZIALE DEL SEGNALE RM (ECO)

CODIFICA DI FASE SELEZIONE DELLO

STRATO

Principi fisici

fenomeno della RM

sequenze RM e parametri di scansione

contrasto nelle immagini RM

mezzi di contrasto

MEZZI DI CONTRASTO IN RM

AGENTI T1

AGENTI T2

Immagini T1 pesate

Immagini T2 pesate

i MDC accorciano i tempi di rilassamento T1 o T2 dei tessuti in cui essi si concentrano

MEZZI DI CONTRASTO IN RMAGENTI T1

(paramagnetici)

• gadolinio (DTPA, BOPTA, DOTA, EDTA, ecc.)

• manganese, rame

• maetaemoglobinaAGENTI T2

(superparamagnetici e ferromagnetici)

• ferro, magnetite, disprosio

• gadolinio ad alta concentrazione

• emosiderina