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Definizione Le sequenze in risonanza magnetica sono sostanzialmente una successione di impulsi specifici che permettono di ottenere dei segnali di ritorno con i quali possono essere ricostruite le immagini che conosciamo.

Classificazione generale Esistono 3 grandi famiglie di sequenze: Spin Eco Inversion Recovery Gradient Eco

Spin Eco Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA SPIN ECO A PAROLE Fase 0 La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo FASE 1 Le sequenze spin eco utilizzano un impulso iniziale a 90 gradi che va a ribaltare la magnetizzazione longitudinale nel piano trasversale (facendola quindi diventare trasversale). Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA SPIN ECO A PAROLE PASSAGGIO TRA FASE 1 E FASE 2 La perdita di magnetizzazione trasversale è data dal rilassamento T1 (spin->lattice) e dal rilassamento T2 (spin->spin). Il rilassamento T2 è fondalmentamente provocato da un defasamento degli spin, che inizia subito dopo l’applicazione del primo impulso a 90° che ribalta la magnetizzazione dal piano longitudinale a quello trasversale. Il defasamento incrementa con il tempo, ma è omogeneo. Questo significa che se (vedi dopo) Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA SPIN ECO A PAROLE FASE 2 La magnetizzazione trasversale diminuita e la longitudinale recuperata Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA SPIN ECO A PAROLE FASE 3 Viene inviato un impulso a 180° che va a rifocalizzare gli spin, con recupero della trasversale Fase 4 Nuova perdita della trasversale e recupero della longitudinale. In questa fase viene rilevato l’eco di ritorno Fase 5 Ritorno alla longitudinale totale Spin Eco

Caratteristiche generali delle Spin Eco Tra le caratteristiche principali delle sequenze Spin Eco quella di essere poco sensibili alle disomogeneita’ del campo magnetico e alle disomogeneita’ locali Possibilità di avere ponderazioni T1, DP, T2 Spin Eco

Pesatura SE T1 TR 400-800ms TE 8-18ms Caratteristiche Liquidi= Ipo Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper Muscoli= Iso SB>SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) Spin Eco

Ottima risoluzione in tempi limitati Vantaggi delle SE T1 Ottima risoluzione in tempi limitati alta sensibilita’ alle lesioni ossee discreta sensibilita’ alle lesioni epatiche adatte a rilevare depositi di emosiderina (sanguinamenti) Svantaggi delle SE T1 - Poco sensibile alle lesioni parenchimali Spin Eco

Pesatura SE DP TR 1500-3000ms TE 8-18ms Le vere pesature in Densita’ Protonica si ottengono solo con le spin eco pure. Vedremo in seguito che le pesature DP e T2 in SE non sono piu’ usate a causa dei lunghissimi tempi di acquisizione (8minuti). Sequenze molto più veloci si otterranno grazie all’aggiunta di un fattore turbo, che però non permetteru’ piu’ una vera e propria pesatura T2, a causa di un TE effettivo piu’ elevato. Spin Eco

Nell’atto pratico le pesature DP vengono quindi usate prevalentemente in campo osteoarticolare, abbinate alla saturazione spettrale del grasso. Sostanzialmente sono però delle T2, con una forte componente DP. In campo osteoarticolare le DP FS uniscono i vantaggi delle ponderazioni SE T1 e TSE T2, senza soffrire troppo dei vantaggi delle stesse. Unica vera applicazione delle SE DP è a livello cerebrale, per chi non può effettuare le FLAIR oppure per chi vuole ottenere il massimo della sensibilità per le microlesioni sottotentoriali.

Pesatura SE T2 TR 2000-8000+ms TE 60-150+ms Caratteristiche Liquidi= Iper Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper(TSE) oppure Iso-Iper (SE) Muscoli= Ipo SB<SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) Spin Eco

Vantaggi delle SE T2 (non tse) Praticamente nessuno grasso poco iperintenso rispetto a quello che si ottiene con le TSE Svantaggi delle SE T2 - Tempi biblici rispetto a quello che si può ottenere con le tse Spin Eco

Altre sequenze che utilizzano la tecnica Spin Eco TSE FSE TSE ultrapide (HASTE, SSFSE, FSE - ADA ,) EPI

TURBO Spin Eco Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA TURBO SPIN ECO A PAROLE Fase 0 La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo FASE 1 Le sequenze spin eco utilizzano un impulso iniziale a 90 gradi che va a ribaltare la magnetizzazione longitudinale nel piano trasversale (facendola quindi diventare trasversale). Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA TURBO SPIN ECO A PAROLE PASSAGGIO TRA FASE 1 E FASE 2 La perdita di magnetizzazione trasversale è data dal rilassamento T1 (spin->lattice) e dal rilassamento T2 (spin->spin). Il rilassamento T2 è fondalmentamente provocato da un defasamento degli spin, che inizia subito dopo l’applicazione del primo impulso a 90° che ribalta la magnetizzazione dal piano longitudinale a quello trasversale. Il defasamento incrementa con il tempo, ma è omogeneo. Questo significa che se (vedi dopo) Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA TURBO SPIN ECO A PAROLE FASE 2 la sequenza invia alcuni (uguali al fattore turbo) impulsi di 180°, che fanno in modo che la fase degli gli spin venga ripetutamente invertita, generando dopo ogni impulso un eco che viene utilizzato dalla macchina per riempire lo spazio K Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA TURBO SPIN ECO A PAROLE Fase 3 Dopo un tempo TR, dove la magnetizzazione trasversale e’ completamente persa e la magnetizzazione longitudinale e’ completamente recuperata, si ritorna alla fase 1 Spin Eco

Pesatura TSE T1 TR 400-800ms TE 8-18ms TF 3-5 Caratteristiche (molto simili alle SE) Liquidi= Ipo Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper Muscoli= Iso SB>SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) Spin Eco

Piu’ veloci delle SE T1 quando il numero di strati non e’ elevato Vantaggi delle TSE T1 Piu’ veloci delle SE T1 quando il numero di strati non e’ elevato alta sensibilita’ alle lesioni ossee discreta sensibilita’ alle lesioni epatiche adatte a rilevare depositi di emosiderina (sanguinamenti) Svantaggi delle TSE T1 Poco sensibile alle lesioni parenchimali minor contrasto parenchimale rispetto alle SE T1 Spin Eco

Pesatura TSE DP TR 1500-3000ms TE 8-18ms TF 3-8 Caratteristiche (molto simili alle TSE T2, a parte la ponderazione dei liquidi e dei parenchimi) Liquidi= Ipo-Iso-Iper a seconda del fattore turbo Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper Muscoli= Iso SB<SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) Spin Eco

Vantaggi delle TSE DP Utilizzata tantissimo in campo osteoarticolare, insieme alla saturazione del grasso, perche’ permette di ottenre i vantaggi delle TSE T1 (alta definizione, tempi relativamente brevi, buona sensibilita’ alle lesioni legamentose e meniscali) e delle STIR T2 (alta sensibilita’ alle lesioni infiammatorie anche se circondate da strutture grassose Svantaggi delle TSE DP Utilizzata ormai solo in articolare poco utile se non abbinata alla saturazione spettrale del grasso Spin Eco

Pesatura TSE T2 TR 2000-8000+ms TE 60-150+ms TF 3-40 Caratteristiche Liquidi= Iper Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper(TSE) Muscoli= Ipo SB<SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) Spin Eco

Vantaggi delle TSE T2 (non se) Immagini ponderate in T2 con buona risoluzione e tempi accettabili - Pochi artefatti da pulsazione vascolare Svantaggi delle TSE T2 - Difficili da valutare le lesioni periventricolari o corticali a livello cerebrale - Grasso iperintenso, molto/troppo simile ai liquidi, quindi: Lesioni epatiche difficili da localizzare nei fegati steatosici lesioni ossee difficili da valutare Spin Eco

Single Shot FSE (HASTE – EXPRESS) Spin Eco

SSFSE TR 800-10000ms TE 50-200ms TF massimo Caratteristiche Liquidi= iper++ Osso corticale= nero Osso spongioso= Lievemente-iper Grasso= Lievemente-iper Muscoli= Ipo SB<SG Arterie= artefatti Vene= ipo Spin Eco

Vantaggi delle SSFSE Sequenza veloce Permette apnee brevissime a livello addominale Acquisizione di ciascuna immagine singolarmente Liquidi altamente iperintensi Mmolto usata nelle varie tecniche idro-rm (colangio-rm, uro-rm, mielo-rm) Svantaggi delle SSFSE blurring importante Poco contrasto a livello parenchimale Risoluzione limitata Spin Eco

Inversion Recovery IR

La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo GLI IMPULSI DELLA INVERSION RECOVERY A PAROLE Fase 0 La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo FASE 1 impulso iniziale di 180 gradi, che ribalta completamente la magnetizzazione longitudinale, non sul piano trasversale ma su un piano longitudinale opposto che non e’ pero’ una situazione di stabilita’ quindi…...

GLI IMPULSI DELLA INVERSION RECOVERY A PAROLE PASSAGGIO TRA FASE T1 E FASE 2 I tessuti quindi andranno subito incontro ad una risalita del segnale, mantenendosi sul piano longitudinale, verso lo zero. Fase 2 Dopo un tempo TI (Tempo di inversione) gli spin verranno nuovamente eccitati da un impulso a 90 gradi e quindi ribaltati sul piano transversale Se un tessuto, durante il recupero iniziale, si trovava vicino al punto zero, dopo il ribaltamento di 90 gradi avra’ segnale null0. Spin Eco

Passaggio tra Fase 2 e Fase 3 GLI IMPULSI DELLA INVERSION RECOVERY A PAROLE Passaggio tra Fase 2 e Fase 3 Defasamento degli spin con perdita della magnetizzazione trasversale Fase 3 Impulso a 180° per rifasare gli spin Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA INVERSION RECOVERY A PAROLE Fase 4 Lettura del segnale di ritorno Passaggio tra fase 4 e fase 5 Perdita completa della magnetizzazione trasversale, e recupero completo della magnetizzazione longitudinale Fase 5 Ritorno alla fase iniziale Spin Eco

TURBO INVERSION RECOVERY IR

Caratteristiche generali delle Inversion Recovery Le sequenze Inversion Recovery sono simili alle Spin Eco, quindi poco sensibili alle disomogeneita’ del campo magnetico e alle disomogeneita’ locali La ponderazione e’ sostanzialmente basata sul T1, ma l’aspetto delle immagini e’ simile alle T2 (vedi in seguito) IR

Come lavorano le Inversion Recovery Questo effetto viene quindi utilizzato nella pratica clinica per 2 scopi principale: Ottenere segnale nullo del grasso Ottenere segnale nullo dei liquidi puri Altri scopi sono ad esempio sopprimere nello specifico il segnale della sostanza bianca cerebrale o della sostanza grigia. Tutto viene gestito da TI (ciascun tessuto puo’ essere annullato usando un TI specifico) IR

STIR (Short Tau Inversion Recovery) TI corti, a seconda dell’intensita’ di campo possono variare da 70 a 170ms A 1,5T TI=150ms Crea un effetto di soppressione del grasso Molto utile in tutte le patologie osteoarticolari, ossee, o comunque meglio organi in cui e’ presente del grasso. IR

STIR TR: 2500-8000ms (deve essere piu’ lungo del T1 dei vari tessuti, perche’ questi devono aver recuperato tutta la magnetizzazione longitudinale prima dell’impulso successivo) TE= 20-80 ms (piu’ e’ lungo e piu’ la sequenza e’ “contrastata”) TI= 150 per 1,5T Caratteristiche Liquidi= Iper Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Ipo++ Muscoli= Iso SB<<SG Legamenti e menischi= ipo+++ Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) IR

STIR (Short Tau Inversion Recovery) Vantaggi: Soppressione del grasso omogenea indipendentemente dalle disomogeneita’ locali e di campo Alta sensibilita’ alle lesioni muscolari, ossee, parenchimali, midollari Svantaggi: Tempi di acq lunghi Risoluzione spaziale limitata Non eseguibili dopo mdc IR

Flair (FLuid Attenuation Inversion Recovery) TI lunghi, da 2000 a 2500ms Crea un effetto di annullamento piu’ o meno importante del segnale dei liquidi puri (liquido cefalo rachidiano) Utilizzata praticamente SEMPRE negli studi RM Encefalo, e saltuariamente negli studi del midollo IR

Flair TR: 6000-10000ms (deve essere piu’ lungo del T1 dei vari tessuti, perche’ questi devono aver recuperato tutta la magnetizzazione longitudinale prima dell’impulso successivo) TE= 80-140 ms (deve essere lungo per assicurare la pesatura t2) TI= 2000-2500 Caratteristiche Liquidi= Ipo+++ Osso corticale= nero Osso spongioso=grasso Grasso= Iper Muscoli= Iso SB<<SG Arterie= nere Vene= ipo/iper (dipende dalla velocita’) IR

Flair (FLuid Attenuation Inversion Recovery) Vantaggi: Annullando il segnale dei liquidi che circondano il parenchima cerebrale non si avranno piu’ problemi a rilevare le alterazioni iperintense della parte piu’ esterna del parenchima (che in T2 normale si sarebbro confuse con l’ipersegnale del liquido cefalorachidiano) e’ una sequenza molto sensibile alle lesioni edematose o emorragiche del parenchima Svantaggi: Praticamente nessuno che possa giustificarne il non utilizzo livemente meno sensibile nel parenchima sottotentoriale qualche artefatto da pulsazione del liquor nelle sisterne sottotentoriali IR

gradient eco Le sequenze gradient eco sono le sequenze piu’ semplici, caratterizzare da un semplice impulso ogni ciclo. L’impulso non ha un angolo fisso come le spin eco o le inversion recovery, ma ha un angolo variabile (solitamente da 0 a 90°) che va a condizionare fortemente il risultato) Le due principali tecniche di acquisizione gradient eco FLASH FISP (o true-FISP) Gradient

Gradient Eco Spoiled Gradient

La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo GLI IMPULSI DELLA GRADIENT ECO SPOILED A PAROLE Fase 0 La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo FASE 1 impulso iniziale alfa (10-90°), che ribalta parzialmente la magnetizzazione longitudinale sul piano trasversale

GLI IMPULSI DELLA GRADIENT ECO SPOILER A PAROLE Fase 2 Ritorno e lettura dell’eco FASE 3 impulso spoiler per distruggere la magnetizzazione trasversale residua FASE 4 ritorno alle condizioni iniziali Gradient

Gradient Eco Unspoiled (FISP)

La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo GLI IMPULSI DELLA GRADIENT ECO FISP A PAROLE Fase 0 La magnetizzazione e’ solo longitudinale. Condizioni di riposo FASE 1 impulso iniziale (10-90°), che ribalta parzialmente la magnetizzazione longitudinale sul piano trasversale Spin Eco

GLI IMPULSI DELLA GRADIENT ECO FISP A PAROLE Fase 2 Ritorno e lettura dell’eco FASE 3 progressiva diminuzione della magnetizzazione trasversale, e progressivo recuper della magnetizzazione longitudinale. Se un nuovo impulso viene inviato, e la magnetizzazione trasversale non e’ ancora esaurita , il ribaltamento della magnetizzazione longitudinale andra’ a sommarla a quella trasversale rimasta, aumentandone il valore Spin Eco

Fase 4 Lettura dell’eco Fase 5 GLI IMPULSI DELLA GRADIENT ECO FISP A PAROLE Fase 4 Lettura dell’eco Fase 5 Mentre continua a perdere trasversale e recuperare longitudinale, arriva nuovo impulso e si torna alla fase 3 Spin Eco

Caratteristiche generali delle Gradient Eco Sono delle sequenze relativamente sensibili alle disomogeneita’ del campo magnetico e alle disomogeneita’ locali Possibilità di avere ponderazioni T1 e T2 Gradient

Sottoclassificazione delle gradient eco Spoiled Gradient Echo Non turbo: FLASH Fast Imaging using Low Angle Shot (Siemens) SPGR Spoiled GRASS (GE) T1 FFE T1-weighted Fast Field Echo (Philips) Turbo: Turbo FLASH FastSPGR TFE Turbo Field Eco (Philips) Steady-State Free Precession (SSFP) Tipo FID FISP Fast Imaging with Steady-state Precession (Siemens) GRASS Gradient Recall Acquisition using Steady States (GE) FFE Fast Field Echo (Philips) Tipo Echo PSIF Reversed FISP (siemens) SSFP Steady State Free Precession (GE) T2-FFE T2-weighted Fast Field Echo (Philips) Balanced Steady-State Free Precession (bSSFP) True FISP(Siemens) FIESTA Fast Imaging Employing Steady-state Acquisition (GE) b-FFE Balanced Fast Fiel Echo (Philips) Gradient

Gradient eco T1 TR: 50-500ms TE= minimo-10 ms Flip Angle: 45-90° (elevato) dipende dal tr Le caratteristiche delle sequenze gradient eco e’ estremamente variabile in relazione al tipo di sequenza utilizzata, ed e’ quindi difficile dare una definizione precisa sui parametri e sugli aspetti classici dell’immagine Caratteristiche Sostanzialmente comparabili con quelle delle TSE t1, ma con i vasi arteriosi che possono diventare iperintensi negli strati di entrata (se non vengono saturati) Gradient

Gradient eco t1 Vantaggi: Sequenze molto veloci se utilizzate con tecnica 3d possono essere acquisiti voxel isotropici utilizzate in angiografia tof o CE possibilita’ di ottenere immagini in fase e fuori fase Svantaggi: Elevata Sensibilita’ alla disomogenita’ osso-aria e alla presenza di metalli sensibilimente meno sensibile delle TSE alla rilevazione dell’enhancement parenchimale Gradient

Gradient eco T2* TR: 400-800ms TE= minimo-12-25 ms Flip Angle: 20-30° (basso) Le caratteristiche delle sequenze gradient eco e’ estremamente variabile in relazione al tipo di sequenza utilizzata, ed e’ quindi difficile dare una definizione precisa sui parametri e sugli aspetti classici dell’immagine Caratteristiche Sostanzialmente comparabili con quelle delle TSE t1, ma con i vasi arteriosi che possono diventare iperintensi negli strati di entrata (se non vengono saturati) Gradient

Gradient eco t2* Vantaggi: Sequenze molto sensibili alle lesioni legamentose e meniscali sequenze molto sensibili ai depositi di emosiderina o al materiale paramagnetico come emorragie Svantaggi: Elevata Sensibilita’ alla disomogenita’ osso-aria e alla presenza di metalli

ECO-PLANARI Le sequenze eco-planari sono delle sequenze velocissime. Utilizzano delle oscillazioni velocissime dei gradienti che permettono il riempimento di tutto il k-spazio in frazioni di secondo. Purtroppo hanno un SNR limitato, sono molto sensibili al chemical shift e alle disomogeneita’ di campo. Usate molto nei pazienti non collaboranti, per le sequenze di diffusione, e nell’imaging funzionale. EPI

Qualche immagine eco planare

Diamo un colore alle sequenze

Un po’ di colore…..

Un po’ di colore…..

Un po’ di colore…..

Un po’ di colore…..