Principi fisici della RM Armando Tartaro Dipartimento di Scienze Cliniche e Bioimmagini sez. di Scienze Radiologiche Università “G. d’Annunzio” - Chieti

onde elettromagnetiche effetto termico effetto ionizzante - energia + penetrabilità RM luce onde radio micro onde infrarossi UVA raggi X

Risonanza Magnetica INTERAZIONE TRA ONDE RADIO ED NUCLEI DI H° DELLE VARIE STRUTTURE DEL CORPO, IN PRESENZA DI UN FORTE CAMPO MAGNETICO

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° STEP RF 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 elettrica Nucleo di H+ spin DIPOLO MAGNETICO

A = nuclei di H+e relativi momenti magnetici in assenza di campo magnetico esterno (vettore risultante nullo) B = nuclei di H + in presenza di un campo magnetico esterno e relativi momenti magnetici (momento magnetico risultante) A B

MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA CAMPO MAGNETICO VETTORI DEI SINGOLI MOMENTI MAGNETICI MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA CAMPO MAGNETICO

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

SEGNALE RM 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 L’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 COSTANTE A 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 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 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)

perdita della coerenza di fase Impulso a 90° perdita della coerenza di fase

Impulso a 180° eco RF defasamento rifasamento

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

PARAMETRI DI ACQUISIZIONE Tempo di Eco (TE) = tempo che intercorre tra l’impulso RF di eccitazione e il momento in cui la bobina ricevente viene attivata per la ricezione del segnale 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

IL SEGNALE OTTENUTO PRENDE IL NOME DI ECO IN 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 ( parametri di acquisizione) E’ POSSIBILE MODULARE L’IMPORTANZA RELATIVA DELLA: DENSITA’ PROTONICA T1 T2

TR BREVE = AMPLIFICA LE DIFFERENZE DI SEGNALE AUMENTANDO IL CONTRASTO FRA TESSUTI CON DIVERSO T1 “PESATE IN T1” TR LUNGO = TESSUTI CON DIFFERENTE T2 MOSTRANO UN INCREMENTO DEL CONTRASTO UTILIZZANDO TE LUNGHI = “PESATE IN T2” TE BREVI = “PESATE IN DP”

COMPORTAMENTO DEL SEGNALE IN BASE AI PARAMETRI DI ACQUISIZIONE

VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TR E TE SCARSO CONTRASTO T2 PESATA ms DP PESATA TE T1PESATA TR ms

- + - + VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TE E FA TE ms SCARSO CONTRASTO T1 PESATA TE DP PESATA T2 PESATA ms + - FA gradi° +

FATTORI CHE DETERMINANO IL CONTRASTO DELL’IMMAGINE T1 - T2 - DP PARAMETRI PROPRI DEL TESSUTO IN ESAME TE - TR - FA PARAMETRI MODIFICABILI DALL’OPERATORE MDC

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

MEZZI DI CONTRASTO IN RM AGENTI T1 (paramagnetici) gadolinio (DTPA, BOPTA, DOTA, EDTA, ecc.) manganese, rame maetaemoglobina AGENTI T2 (superparamagnetici e ferromagnetici) ferro, magnetite, disprosio gadolinio ad alta concentrazione emosiderina