Principi di Risonanza Magnetica Nucleare La RMN è una tecnica spettroscopica: Risonante (0 =  B0 e B1 << B0) Microscopica (studia le interazioni magnetiche e/o elettriche che si manifestano tra nuclei atomici, atomi e molecole) Radiofrequenza (4-500 MHz) È ampiamente utilizzata nel campo della Fisica dello stato solido e dei liquidi, nella Chimica e nel settore farmaceutico Dal 1975 trova applicazioni in medicina in alternativa alla TAC La risoluzione spaziale ( 1 mm) non dipende della lunghezza d’onda della radiazione utilizzata Non utilizza radiazioni ionizzanti Consente immagini assiali, sagittali e coronali MRI Timeline 1946 MR phenomenon - Bloch & Purcell 1952 Nobel Prize - Bloch & Purcell 1950-70 NMR developed as analytical tool 1972 Computerized Tomography 1973 Backprojection MRI - Lauterbur 1975 Fourier Imaging - Ernst 1977 Echo-planar imaging - Mansfield 1980 FT MRI demonstrated - Edelstein 1986 Gradient Echo Imaging - NMR Microscope 1987 MR Angiography - Dumoulin 1991 Nobel Prize - Ernst 1992 Functional MRI 1994 Hyperpolarized 129Xe Imaging 2003 Nobel Prize - Lauterbur & Mansfield

Going toward fundamental physics: few words on NMR TECHNIQUE 3 main NMR experimental parameters: spectrum, nuclear spin-spin relaxation time T2, nuclear spin-lattice relaxation time T1 Nuclei (T2n) Electrons (T2e) phonons T1n T1e Nuclei are LOCAL PROBES  sensitive to hyperfine interactions LOCAL MAGNETIC FIELDS AND DYNAMICS can be studied In MRI and NMRrelaxometry, sensitivity to magnetic properties, spin dynamics and molecular “motion”

The NMR experiment

Some NMR active nuclei

The NMR/MRI signal General expression : S(t) = A n *exp (-TE/T2)*(1-exp(-TR/T1)*exp(-bD) where TE, TR are chosen by the operator while T1 and T2 are characteristic relaxation times of the nuclei. n = density of NMR active nuclei T1 is the equilibrium relaxation time (toward nuclei ground state) T2 is a relaxation time that takes into account the time of energy exchange among like and unlike nuclei T2 = nuclear spin-spin relaxation time T1 = nuclear spin-lattice relaxation time D = diffusion coefficient

The MRI experiment

“Pesatura” Immagini S(t) = A n exp (-TE/T2) (1-exp(-TR/T1) exp(-bD)

Tempi di rilassamento dei principali tessuti biologici Tipo di tessuto T1 (ms) T2 (ms) osseo 1-1000 0.001-1 Muscolare 450-650 25-35 Grasso 180-300 47-63 materia grigia (cervello) 350-600 90-130 materia bianca (cervello) 220-350 80-120 fluidi corporei 1000-2000 150-500