Risonanza Magnetica Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Si basa sul principio secondo il quale alcuni nuclei atomici sono in grado di “risuonare” ossia di assorbire e successivamente cedere energia se sottoposti all’azione di campi magnetici. Il nucleo dell’atomo di H, ruotando sul proprio asse, genera un campo magnetico che, sottoposto all’azione di un campo magnetico esterno, tende ad allinearsi secondo la direzione di quest’ultimo, generando a sua volta un campo magnetico. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Tomografo a RM Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Tomografo a RM Il suo magnete produce un campo statico in modo da rendere i nuclei di H ‘’suscettibili’’ al processo di eccitazione. Il sistema di radiofrequenza opera sia inviando gli impulsi sia trasmettendo il segnale al sistema di elaborazione dati. Il sistema informatico di elaborazione dati elabora, presenta e memorizza i dati acquisiti. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Principi di funzionamento Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Principi di funzionamento Nel momento in cui il corpo viene immerso all’interno di un campo magnetico statico, i vari dipoli protonici assumono l’orientamento del campo esterno determinando la magnetizzazione dell’organismo. Il protone orientato secondo le linee di forza esterne ruota attorno al proprio asse secondo un movimento a cono rovesciato detto movimento di precessione, descritto dall’equazione di Larmor ω = γ/2πB. Il sistema può essere perturbato attraverso l’introduzione di un impulso di radiofrequenza con direzione ortogonale (90°) rispetto al campo magnetico statico esterno. Alla cessazione della fornitura di energia tramite radiofrequenza (rilassamento) il sistema riacquista il suo stato originario, cedendo energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Queste onde, rilevate tramite specifiche antenne RM, sono alla base della generazione dell’immagine RM. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Il K-spazio Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Il K-spazio Il segnale emesso dai nuclei in rilassamento viene captato da specifiche bobine, raccolto sotto forma di impulso elettrico e convogliato in una matrice di dati grezzi detta k-spazio. Il centro del k-spazio ha il massimo contrasto tissutale ma una bassa risoluzione spaziale. La periferia del k-spazio presenta la massima risoluzione spaziale dell’immagine. Le porzioni intermedie del k-spazio forniscono contributi significativi al contrasto ed al dettaglio. I dati grezzi del k-spazio, attraverso la trasformata di Fourier, subiscono la conversione da analogica a digitale. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Valutazione dell’immagine Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Valutazione dell’immagine Il grasso è iperintenso nelle immagini T1-pesate e lo è di meno nelle immagini T2-pesate, l’acqua invece è ipointensa nelle immagini T1-pesate ed iperintensa nelle immagini T2-pesate. Sono iperintensi nelle immagini T1-pesate i prodotti degradati del sangue (la metaemoglobina nelle emorragie subacute), il materiale proteico, la melanina ed il gadolinio (mezzo di contrasto usato in RM). Appaiono ipointensi nelle immagini T2-pesate il calcio, i gas, gli esiti remoti di emorragie (emosiderina) ed i tessuti fibrosi. Le sequenze “fat suppression” consentono di distinguere il segnale del tessuto adiposo da quello dell’acqua nelle sequenze T2-pesate e dall’enhancement nelle sequenze T1-pesate post-contrasto. L’angio-RM permette lo studio esclusivo dei vasi, utile per valutare i pazienti con processi patologici cerebrovascolari (circolo di Willis e carotide). La colangio-RM consente una ottima visualizzazione delle vie biliari intra ed extraepatiche. La RM Funzionale Cerebrale consente l’individuazione di quali strutture encefaliche siano state attivate da una stimolazione sensomotoria o cognitiva, rilevando le modificazioni del flusso ematico loco-regionale indotte dall’attivazione cerebrale. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Sequenze spin-echo Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Sequenze spin-echo In successione temporale, un primo impulso di radiofrequenza (RF) a 90° ribalta il vettore magnetico o magnetizzazione macroscopica (MM) dall’asse z al piano trasverso xy; il secondo impulso a 180° rifocalizza il vettore RM nel piano trasverso xy, inducendone il rifasamento con conseguente emissione di un eco del segnale , massimo al tempo di eco (TE). Tale sequenza, come tutte le altre, è replicata dopo un tempo di ripetizione (TR). I TE bassi sono circa 20 ms e quelli alti circa 80 ms; i TR bassi sono circa 600 ms, e gli alti sono circa 3000 ms. Le immagini T1-pesate avranno dunque basso TE e basso TR, mentre se TR e TE sono alti l’immagine sarà T2-pesata; infine bassi TE ed alti TR sono utilizzati nelle immagini a densità protonica. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Sequenze inversion recovery Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Sequenze inversion recovery Vengono condotte con un primo impulso di RF a 90° che annulla la magnetizzazione longitudinale e rende massima quella trasversale; alla cessazione dell’impulso, si otterrà un defasamento dei singoli momenti angolari protonici, con diminuzione della magnetizzazione trasversale. Un impulso successivo a 180° determinerà un progressivo ripristino della magnetizzazione trasversale generando l’emissione di un’eco del segnale di rilassamento. Una variante della sequenza IR è la short time inversion recovery (STIR) in cui un T1 opportunamente breve consente la cancellazione del segnale proveniente dal tessuto adiposo. Tipi completamente diversi di sequenze di impulsi, Inversion Recovery, sono quelli nei quali il T1 è piuttosto lungo (circa 2 secondi). Un T1 di questo tipo viene scelto in modo che il liquido semplice, come per esempio il liquido cerebrospinale, sia annullato. Queste sequenze sono chiamate FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery). Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Sequenze gradient-echo Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Sequenze gradient-echo Si ottengono dopo un impulso di eccitazione iniziale spesso inferiore a 90°, sfruttando la presenza di un gradiente di campo che viene acceso e successivamente invertito detto appunto “eco” di gradiente. Il “flip angle” (FA) dell’unico impulso RF assume generalmente valori inferiori a 90° con notevole effetto sulla dipendenza dell’immagine dal T1 (FA> a 45°) o dal T2 (FA < a 45°). L’applicazione di un gradiente comporta la non cancellazione delle disomogeneità di campo estrinseche, che si sommano a quelle tissutali “intrinseche” determinando la dipendenza dell’immagine non solo dal T2 tissutale, come si verifica nella sequenza SE, ma da un T2 “spurio”, detto T2*. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Sequenze veloci ed ultraveloci Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Sequenze veloci ed ultraveloci Nelle sequenze turbo-SE e gradient echo come le FLASH, GRASS, FISP, il tempo di scansione è ridotto a 20 sec o meno, mentre nelle tecniche ultraveloci (turbo-FLASH) la velocità è di 50-100msec. Nelle tecniche turbo SE, l’impulso standard a 90° è seguito da una serie di impulsi riconvergenti a 180°, che determinano alcuni echi ciascuno dei quali viene impiegato per l'acquisizione dell’informazione spaziale. In questo modo il tempo di scansione può essere ridotto dal numero di echi impiegati per eccitazione. Le EPI (echo planar imaging) consentono tempi di acquisizione dell’ordine delle decine di msec mediante l’acquisizione delle informazioni spaziali entro un solo TR in cui si susseguono molteplici impulsi a 180° o gradienti di rifocalizzazione, dopo un unico impulso a 90°. Con le sequenze HASTE (Half Fourier Single Shot Turbo Spin Echo) viene misurata solo la metà delle informazioni spaziali mentre l'altra metà è calcolata o per assunzioni simmetriche o con l’aggiunta di gradienti. II breve tempo di scansione, inferiore ad 1 sec, elimina completamente gli artefatti respiratori. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Diffusione Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Diffusione La restrizione della diffusione delle molecole di acqua, direttamente proporzionale al grado di cellularità di un tessuto e all’integrità delle membrane biologiche, si osserva negli ascessi, nell’edema citotossico, nella fibrosi, nelle neoplasie maligne e nelle metastasi ipercellulari. Valori nulli (0 sec/mm2) di b identificano l’assenza dell’applicazione di un gradiente di diffusione: le molecole di acqua libera presentano un’elevata intensità di segnale (corrispondente alla normale intensità dipendente dalla pesatura in T2). Valori elevati di b (500-1000 sec/mm2) comporteranno una conservazione del segnale nei soli tessuti ad elevata cellularità (nei quali il movimento dell’acqua è ristretto). La riduzione del segnale dei tessuti all’aumentare di b è caratteristicamente esponenziale. La sua rappresentazione in scala logaritmica origina una curva, il valore della cui pendenza è definito coefficiente di diffusione apparente (ADC). La conversione in scala di grigi del valore di ADC rappresenta la mappa ADC. Le regioni con diffusione maggiormente ristretta, perciò con un segnale in diffusione più intenso, mostrano valori di ADC più bassi. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Spettroscopia Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Spettroscopia L’indagine spettroscopica sfrutta il segnale proveniente da vari metaboliti tissutali. Il picco della curva (spettro) di ciascun elemento è identificato grazie alla specifica frequenza di risonanza della sostanza ed è direttamente proporzionale all’intensità del campo. Il picco viene espresso in parti per milioni (ppm), per consentire un confronto tra misurazioni spettrali eseguite a diverse intensità di campo magnetico. Questo numero è calcolato dividendo la differenza di frequenza espressa in Hertz di due picchi (il picco d’interesse ed un picco di riferimento che in genere è l’acqua) dalla frequenza operativa del sistema di imaging a RM. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Perfusione Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Perfusione L’imaging di perfusione dinamica ad intensificazione di contrasto (Dynamic Contrast Enhanced) sfrutta i cambiamenti dell’intensità di segnale seguenti al passaggio di un tracciante a base di gadolinio. L’utilizzo di specifici software permette di elaborare mappe per la quantificazione del volume e del flusso ematico in determinati distretti corporei, del tempo impiegato per il raggiungimento del picco di concentrazione locale di M.d.C (time to peak o TTP) e del tempo di transito medio (mean transit time o MTT). La crescita tumorale è strettamente legata alla angiogenesi: la valutazione del flusso ematico a livello capillare può rappresentare, pertanto, un indicatore di angiogenesi ed essere impiegata nella definizione del grading tumorale (i tumori ipervascolari sono in genere ad alto grado), nel monitoraggio della risposta alla terapia (esempio con farmaci anti-neoangiogenetici) e nella differenziazione tra necrosi indotta da radioterapia e recidiva neoplastica. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi

Risonanza Magnetica Applicazioni Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015-2016 Applicazioni I vantaggi della RM rispetto alla TC sono: l’uso di radiazioni non ionizzanti, la possibilità di acquisizione di immagini multiplanari (assiali, coronali, sagittali, oblique), ottimi dettagli anatomici, una maggiore sensibilità nello studio delle alterazioni tissutali, capacità di discriminare tra vari tessuti in base all’intensità del segnale, migliore contrasto di tessuti rispetto alla TC. Per le donne gravide la MR viene riservata alle emergenze (es: compressione del cordone spinale) poiché non è stato completamente dimostrato se il feto, sottoposto ad intensi campi magnetici, subisce o meno danni, soprattutto nel primo trimestre della gravidanza. Le controindicazioni all’esecuzione di una risonanza sono determinate dalla presenza di dispositivi e materiali suscettibili di movimento o di danneggiamento da parte di campi elettromagnetici: pacemakers cardiaci, impianti cocleari o altri dispositivi di biostimolazione, alcune valvole cardiache, clips aneurismatiche nel cervello, frammenti o schegge metalliche (periorbitali), fissatori vertebrali, etc. La potenza dei campi magnetici potrebbe potrebbero interferire con l’operatività di tali dispositivi. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche -S.C. Radiologia 2 -Università degli Studi di Perugia – Dir. Prof. M. Scialpi