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Principi fisici della RM
Armando TartaroDipartimento di Scienze Cliniche e Bioimmagini
sez. di Scienze Radiologiche
Università “G. d’Annunzio” - Chieti
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penetrabilità
onde radio
micro onde
infrarossi luce UVA raggi X
onde elettromagnetiche
energia +-
RM
effetto termico effetto ionizzante
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INTERAZIONE TRA ONDE RADIO
ED NUCLEI DI H° DELLE VARIE
STRUTTURE DEL CORPO, IN
PRESENZA DI UN FORTE CAMPO
MAGNETICO
Risonanza Magnetica
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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
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1° STEPRF
Il corpo viene esposto ad un fascio di onde radio di una determinata frequenza
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2° STEP RF
Un radioricevitore attende l’eco proveniente dal corpo a questa frequenza
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Principi fisici
fenomeno della RM
sequenze RM e parametri di scansione
contrasto nelle immagini RM
mezzi di contrasto
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carica elettricaNucleo di H+
spin
DIPOLO MAGNETICO
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AA B B
AA = nuclei di H+e relativi momenti magnetici in assenza di campo magnetico esterno (vettore risultante nullo)
BB = nuclei di H + in presenza di un campo magnetico esterno e relativi momenti magnetici (momento magnetico risultante)
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MAGNETIZZAZIONEMACROSCOPICA
VETTORI DEI SINGOLI MOMENTI MAGNETICI
CAMPO MAGNETICO
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IN REALTA’ IL NUCLEO DI H° DESCRIVE UN’ORBITA RISPETTO AL SUO ASSE:
MOVIMENTO DI PRECESSIONEMOVIMENTO DI PRECESSIONE
Teorema di Larmor = B0 x
Frequenza Di Precessione ( )= Campo Magnetico Applicato (B0) per Costante Giromagnetica ()
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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
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IN CONDIZIONI DI EQUILIBRIO LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA M E’ ALLINEATA CON IL CAMPO MAGNETICO (B0)
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SOLLECITANDO LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA INIZIALE CON ONDE DI RF SI AVRA’ UNA COMPONENTE LONGITUDINALE LUNGO L’ASSE Z DIVERSA DA QUELLA DI EQUILIBRIO E ....
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NASCERA’ UNA NUOVA COMPONENTE SUL PIANO XY
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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
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SEGNALE RML’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
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LA MAGNETIZZAZIONE MACROSCOPICA LONGITUDINALE TENDERA’ AL VALORE DI EQUILIBRIO CON UNA COSTANTE
T1 = tempo di rilassamento longitudinale o spin reticolo
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IL SEGNALE DECADRA’ NEL TEMPO CON UNA COSTANTEA CAUSA DELLA PERDITA DI COERENZA DI FASE DEGLI SPIN
TEMPO T2 = tempo di rilassamento trasversale o spin-spin
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Valori dei T1 e T2 di alcuni tessuti biologici
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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
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F I DF I D
segnale ottenuto sotto forma di radiofrequenza durante la fase di rilassamento dopo un impulso
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Principi fisici
fenomeno della RM
sequenze RM e parametri di scansione
contrasto nelle immagini RM
mezzi di contrasto
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A SECONDA DELLA DURATA DELL’APPLICAZIONE DELLA RF SI OTTERRANNO DIVERSI ANGOLI DI DEFLESSIONE DELLA M NEI CONFRONTI DELLA DIREZIONE Z
90°
180°
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SEQUENZE SPIN ECHOSEQUENZE 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)
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Impulso a 90°
perdita della coerenza di fase
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Impulso a 180°
defasamentoRF
rifasamentoeco
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SEQUENZA INVERSION RECOVERYSEQUENZA 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)
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SEQUENZE GRADIENT ECHOSEQUENZE GRADIENT ECHO
FACENDO SEGUIRE AD UN IMPULSO DI 90° UNA INVERSIONE DI 180° DEL GRADIENTE DI CAMPO MAGNETICO SI OTTIENE UN ECOSEQUENZA DI IMPULSI(che in questo caso prende il nome di GRADIENT ECHO (GE)
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Tempo di Eco (TE) = tempo che intercorre tra l’impulso RF di eccitazione e il momento in cui la bobinaricevente viene attivata per la ricezione delsegnale 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
PARAMETRI DI ACQUISIZIONE
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IL SEGNALE OTTENUTO PRENDE IL NOME DI
ECOECOIN QUANTO E’ UN SEGNALE DI RITORNO REGISTRABILE
CON UN DISCRETO RITARDO RISPETTO AL FID
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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)
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Principi fisici
fenomeno della RM
sequenze RM e parametri di scansione
contrasto nelle immagini RM
mezzi di contrasto
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VARIANDO TE, TR e FA TE, TR e FA ( parametri di acquisizione)
E’ POSSIBILE MODULARE L’IMPORTANZA RELATIVADELLA:
DENSITA’ PROTONICA T1 T2
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TR BREVE = AMPLIFICA LE DIFFERENZE DI SEGNALEAUMENTANDO IL CONTRASTO FRA TESSUTICON DIVERSO T1
“PESATE IN T1”
TR LUNGO = TESSUTI CON DIFFERENTE T2 MOSTRANOUN INCREMENTO DEL CONTRASTOUTILIZZANDO
TE LUNGHI = “PESATE IN T2”TE BREVI = “PESATE IN DP”
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COMPORTAMENTO DEL SEGNALE IN BASE AI PARAMETRI DI ACQUISIZIONE
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TR ms
TE
SCARSOCONTRASTO
T2 PESATA
DP PESATAT1PESATA
VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TR E TE
ms
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FA gradi°
TE
SCARSOCONTRASTO
T1 PESATA
DP PESATAT2 PESATA
VARIAZIONI DEL CONTRASTO IN FUNZIONE DEL TE E FA
ms
-
+
+-
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FATTORI CHE DETERMINANO IL CONTRASTO DELL’IMMAGINE
T1 - T2 - DP PARAMETRI PROPRI DEL TESSUTO IN ESAME
TE - TR - FA PARAMETRI MODIFICABILI DALL’OPERATOREMDC
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CODIFICA SPAZIALE DEL SEGNALE RM (ECO)
L’ECO VIENE COLLOCATO SPAZIALMENTE SECONDO DUE COORDINATE:
FREQUENZA & FASE
FREQUENZA FASE
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CODIFICA SPAZIALE DEL SEGNALE RM (ECO)
CODIFICA DI FASE SELEZIONE DELLO
STRATO
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Principi fisici
fenomeno della RM
sequenze RM e parametri di scansione
contrasto nelle immagini RM
mezzi di contrasto
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MEZZI DI CONTRASTO IN RM
AGENTI T1
AGENTI T2
Immagini T1 pesate
Immagini T2 pesate
i MDC accorciano i tempi di rilassamento T1 o T2 dei tessuti in cui essi si concentrano
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MEZZI DI CONTRASTO IN RMAGENTI T1
(paramagnetici)
• gadolinio (DTPA, BOPTA, DOTA, EDTA, ecc.)
• manganese, rame
• maetaemoglobinaAGENTI T2
(superparamagnetici e ferromagnetici)
• ferro, magnetite, disprosio
• gadolinio ad alta concentrazione
• emosiderina