RISONANZA MAGNETICA Prof. M. Zompatori

RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE

RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE

RM Non utilizza radiazioni ionizzanti Multiparametrica, approccio multiplanare Elevata risoluzione di contrasto

FASI DI ESECUZIONE ESAME RM Il paziente è posto in un magnete E’ inviato impulso RF (onde e.m. ad elevata lunghezza d’onda: ambito delle onde radio) Viene interrotto impulso RF Il paziente emette un segnale usato per La ricostruzione delle immagini

NUCLEO ATOMICO Protone Neutrone Elettrone Istituto di Radiologia – Università di Parma

PRINCIPI TECNICI Nuclei atomici con proprietà magnetiche: numero dispari di protoni possiedono carica ed un impulso rotatorio attorno al proprio asse: spin ≠ 0: dipoli magnetici con un polo N e un polo S nucleo d’H: abbondante in acqua e lipidi (corpo umano: 70% acqua) Altri nuclei: P31, C13, Na23, F19

La carica in movimento rappresenta una corrente elettrica che a sua volta induce un campo magnetico.

RISONANZA MAGNETICA N S Istituto di Radiologia – Università di Parma

In natura i dipoli magnetici sono orientati a caso in tutte le direzioni: agitazione termica Immessi in forte campo magnetico omogeneo e costante nel tempo (CMS B0): i vettori si allineano lungo le linee di forza del CMS

N S RISONANZA MAGNETICA Campo magnetico Istituto di Radiologia – Università di Parma

Il verso parallelo è energeticamente favorito: perché a più bassa energia potenziale Lieve prevalenza dell’orientamento parallelo 10.000000 10.000007

Per restrizioni di natura quantistica l’allineamento non può essere perfetto: PRECESSIONE Protone: moto di precessione attorno alla direzione del campo La frequenza di precessione (di Larmor) è direttamente proporzionale all’intensità del campo magnetico applicato. SPIN

0 0 = B0 B0  Equazione di Larmor: = frequenza di precessione (MHz) = forza campo magnetico esterno (in Tesla) = costante giromagnetica: differente per diverse sostanze (per H: 42,5 MHz/T) B0 

8 - 4 =4 z y x z y x

La magnetizzazione longitudinale non è direttamente misurabile dal momento che è orientata in direzione parallela al campo magnetico esterno Abbiamo bisogno di magnetizzazione trasversale al campo magnetico esterno

RADIOFREQUENZA onda e.m. ad elevata lunghezza d’onda: ambito delle onde radio IMPULSO DI RF: di breve durata Non casuale ma selettivo: l’impulso RF ed i protoni devono avere la stessa frequenza (Larmor) per scambiare energia: fenomeno della risonanza

L’impulso di radiofrequenza, cedendo energia al sistema, determina due diversi effetti 1) Riduce la magnetizzazione longitudinale: maggior numero di protoni in allineamento antiparallelo Determina la comparsa di una magnetizzazione trasversale: sincronizzazione dei moti di precessione 2)

Dopo RF: protoni tornano alla condizione iniziale (allineamento prevalentemente parallelo, assenza di sincronismo dei moti di precessione). L’energia introdotta con l’impulso viene restituita sotto forma di segnali elettromagnetici (RF).

Questi segnali elettromagnetici vengono raccolti dalla stessa bobina trasmittente l’impulso di radiofrequenza, che funziona ora come antenna ricevente.

Questo segnale analogico è convertito in digitale e viene fatto corrispondere al segnale proveniente da ciascun voxel in studio un tono di grigio sul pixel corrispondente del video

RILASSAMENTO LONGITUDINALE I protoni cedono l’energia assorbita dalla RF al mezzo circostante (reticolo o lattice): rilassamento spin-lattice Tornano all’allineamento parallelo T1: tempo necessario per il recupero della magnetizzazione longitudinale

Tempo di rilassamento longitudinale o T1 (lungo)

RILASSAMENTO TRASVERSALE Dopo RF i protoni vanno fuori fase Disomogeneità di campo: ogni protone è influenzato dai piccoli campi magnetici dei nuclei vicini Rilassamento spin-spin T2: tempo di decremento magnetizzazione trasversale

Tempo di rilassamento trasversale o T2 (breve)

DP: densità protonica Rappresenta il numero di protoni, cioè dei nuclei di H risonanti per unità di volume di tessuto All’aumentare di tale numero aumenta anche l’intensità del segnale RM

SEQUENZE RM Insieme di impulsi di RF Danno la possibilità di ottenere immagini dipendenti in maggior misura dal T1 o dal T2 TR: Tempo di ripetizione: intervallo di tempo tra l’inizio di una sequenza e la successiva TE: Tempo di Eco: Intervallo di tempo tra l’inizio della sequenza e la rilevazione del segnale

TR breve < 500 ms TR lungo > 1500 ms TE breve < 30 ms TE lungo > 80 ms Sequenza T1 pesata: TR breve e TE breve Sequenza DP pesata: TR lungo e TE breve Sequenza T2 pesata: TR lungo e TE lungo

SEQUENZE RM Inversion Recovery, Spin Echo, Turbo o Fast Spin Echo, Gradient Echo, Echo Planar L’operatore sceglie il tipo di sequenza per ottenere il massimo contrasto tra i tessuti prescelti esaltando le differenze in T1, DP e T2

MEZZI DI CONTRASTO Agiscono indirettamente sull’immagine modificando i tempi di rilassamento dei nuclei di H Paramagnetici: Chelati di Gadolinio: accorciano il T1 Superparamagnetici: ossidi di Fe: accorciano il T2

ESEMPI Demielinizzazione: aumento del T2: si sceglie la sequenza che esalti le differenze in T2 per contrastare meglio le aree di demielinizzazione Grasso e acqua: T1 molto diversi e T2 simili . Per contrastarli scelgo sequenza T1 pesata

Patologia multicistica

ANGIO-RM Segnale RM: sensibile al flusso che coinvolge i nuclei di H Posso visualizzare i vasi anche senza il mdc

RM FUNZIONALE DIFFUSIONE: movimento casuale molecole d’acqua per agitazione termica PERFUSIONE: emodinamica microvascolare BOLD: stato di ossigenazione ematica SPETTROSCOPIA: attività metabolica cellulare

SPETTROSCOPIA RM: nuclei di fosforo in varie molecole ATP, ADP, esteri fosforici spettroscopia RM in vivo del fosforo

RISONANZA MAGNETICA VANTAGGI DELLA RM SVANTAGGI Alta risoluzione di contrasto Non radiazioni ionizzanti Caratterizzazione dei tessuti Rare reazioni al mdc SVANTAGGI Controindicazioni: pace-makers, schegge metalliche, protesi etc. Bassa risoluzione spaziale Costi Istituto di Radiologia – Università di Parma

NO RISONANZA MAGNETICA Ai pazienti con Pace makers Protesi metalliche mobili Operati di cataratta prima del 1982 circa Schegge di metallo etc… IUD Gravidanza prima del 3° trimestre Istituto di Radiologia – Università di Parma