Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (MRI) e Superconduttori

Prima di tutto facciamo un salto a Harvard per farci un’idea delle potenzialità della MRI http://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html

Joe ci spiega la tomografia Joseph Hornak http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri

Bussole, campi magnetici e correnti La precessione MRI in una parola Bussole, campi magnetici e correnti La precessione Come rivelare un nucleo che ruota La Tomografia con la Risonanza Magnetica (MRI) *** Intervallo con visita *** I superconduttori per la MRI ... ma anche per ridurre la bolletta Enel ... e per la levitazione Bussola e magnete

La corrente che passa per un filo devia l'ago della bussola L'ago e' un piccolo magnete La corrente produce un campo magnetico B intorno a se` L'ago si allinea lungo il campo magnetico B S N

I magneti (B) esercitano una forza sulle correnti Le correnti esercitano una forza sugli aghi magnetici Anche il campo del magnete e` dovuto a microcorrenti: quelle degli atomi (ad esempio del ferro)

Per ottenere B intensi: 1) Materiali magnetici Riassunto: i campi magnetici sono l'effetto di correnti Per ottenere B intensi: 1) Materiali magnetici Bmax ~ 2T ~ 30000 volte Bterra oppure 2) correnti elevatissime e molte spire Linee di forza

Cosa e` il campo magnetico? le curve immaginarie (linee di forza) lungo cui si allineano gli aghi magnetici delle bussole limatura come piccoli aghetti

Aghi sempre piu` piccoli N N la limatura di ferro N aghi femtoscopici: lo spin dei nuclei dell'atomo di idrogeno (i protoni, 1H) S trottola

La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano

La precessione, ovvero non sempre gli aghi si allineano Trottola: il momento angolare precede attorno a g protoni (1H): lo spin precede attorno a B

La frequenza di precessione e` regolata dal campo magnetico Precessione di Larmor

Legge di Faraday B bobine di ricezione

La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? un voxel

La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? cellule

La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? acqua

La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? molecole di H2O

La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): cosa si osserva? molecola di H2O H nucleo di 1H (protone)

irraggiandoli inizialmente con onde radio NMR (e MRI) c) occorre farli danzare a tempo irraggiandoli inizialmente con onde radio + + + a) b) magnete spin nucleari d) induzione di un segnale alla frequenza

Magnete e bobine di ricezione Come si fa ad osservare una sola fetta del cervello di Joe? La radiofrequenza fa danzare a tempo solo quella

Come si ottiene la tomografia dentro la fetta? Immaginiamo che l'idrogeno sia concentrato in tre soli punti L'intensita` del segnale NMR e` proporzionale al numero di nuclei di 1H Se mettiamo la testa di Joe in uno strumento NMR frequenza di Larmor

Se il campo B cresce in una direzione i punti precedono a frequenze diverse

Se B cresce così ma se in esperimenti successivi B cresce in diverse direzioni

Rielaborando l’informazione si puo` ricostruire l'immagine

Il corpo umano (per parti)

Sempre piu` piccolo, con B=8T: Un polso <-------> 5cm Una fettina <--------------> 0.1 mm!

Ricostruzioni tridimensionali

I polmoni che respirano gas ultrapolarizzato

Perche` i superconduttori? per produrre B=10T (circa 140 000 volte il campo della terra) 30 000 A di corrente in fili di rame: 5 MW di potenza dissipata (resistenza), pari al consumo delle abitazioni di una citta`come Fidenza Superconduttore: se la resistenza e` nulla, la potenza dissipata e`nulla!

La scoperta della superconduttivita`in Hg (1907) Con l'elio liquido (4.2K=-273 C) dal discorso di K. Onnes a Stoccolma

Spiegazione della scomparsa della resistenza elettrica. Gli elettroni viaggiano a due a due e domano l'agitazione termica caotica degli ioni. Purtroppo occorre restare al freddo: Hg sotto Tc = 4.2K Nb sotto Tc = 9.2 K

I ceramici Tc = 134K = -139 C (HgBa2Ca2Cu3O8)

Diamagnetismo (Effetto Meissner-Ochsenfeld) In alcuni casi, l’effetto puo’ essere cosi’ forte da generare una forza repulsiva tale da controbilanciare il peso del magnete -> levitazione

Levitazione

Superconducting Coil Magnetomotive force 700 x 4 x 2 (kA) x poles x rows Max.speed(km/h) 581(result) Completed year 1996-2002 Maglev Yamanashi Maglev Test Line http://www.rtri.or.jp/rd/maglev/html/english/maglev_frame_E.html