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Radiologia generale Appunti scolastici Premium

Appunti di diagnostica per immagini basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni dell’università degli Studi di Catania - Unict, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Corso di laurea in medicina e chirurgia. Scarica il file in formato PDF! Valido per tutte le università.

Esame di Diagnostica per immagini docente Prof. P. Medicina

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ESTRATTO DOCUMENTO

Concetto di Voxel Isotropico:

Il voxel isotropico presenta dimensioni uguali sui tre assi dello spazio

Voxel isotropico :

1. Le immagini sagittali e coronali hanno la stessa risoluzione spaziale delle

immagini assiali

2. Effetto volume parziale ridotto al minimo (Imprecisione dei numeri TC quando

nel voxel sono presenti strutture a densità differente, delle quali viene

rappresentata una media)

RAGGI X - PORFIRI

Radiodiagnostica: Tubo radiogeno di Coolidge

• Radioterapia: Acceleratori lineari

TUBO RADIOGENO

Il tubo radiogeno è una ampolla di vetro sotto vuoto, che contiene un catodo e un anodo ad

alta tensione (differenza di potenziale):

càtodo negativo

Il (o polo ) è composto dal filamento riscaldatore, formato da

• a basso numero atomico

metalli (lega o rame) ed è alimentato a bassa tensione, e

dal catodo vero e proprio collegato al circuito ad alta tensione.

ànodo positivo

L' (polo ) è costituito da un disco (piattello) di metallo pesante ad

• elevato numero atomico (leghe di tungsteno e molibdeno per i tubi diagnostici

tradizionali, molibdeno o rodio per i tubi usati in diagnostica senologica).

Il materiale preferito per l'anodo è il Tungsteno in quanto ha:

un alto PM (Z = 74): il mggior numero di elettroni esterni, che sono

• debolmente legati al nucleo, permette una maggiore emissione di raggi x

alto Punto di fusione (3400 °C): può sopportare le alte temperature a cui va

• incontro il tubo radiogeno

No il Pb perchè ha un alto PM ma un basso punto di fusione e pertanto non può

essere utilizzato per le alte temperature

Nei tubi moderni il disco metallico dell'anodo è rotante: questo allunga la vita utile

del tubo evitando che gli elettroni, colpendo sempre lo stesso punto, erodano

precocemente l'elettrodo (craterizzazione dell'anodo) e ne migliora la nitidezza

d'immagine. La rotazione dell'anodo permette inoltre una migliore dissipazione

termica, in quanto fornisce una superficie maggiore per l'impatto degli elettroni.

Il tubo radiogeno è contenuto a sua volta in una guaina metallica (di alluminio con

schermature di piombo) riempita di olio dielettrico:

Scopo della guaina è di protezione meccanica e conduzione di calore.

• l'olio consente sia di dissipare il calore generato dal tubo in funzione, che di garantire

• l'isolamento elettrico tra i contatti esterni di anodo e catodo. L'olio viene poi

raffreddato, a seconda della potenza del tubo, con aria o un circuito d'acqua.

La parte del tubo da dove escono i raggi X è detta finestra e non è schermata dalla guaina

metallica: vi sono invece dei filtri in rame o in alluminio di spessore adatto a filtrare i raggi

X in modo che le energie più basse (inutili alla formazione dell'immagine diagnostica)

vengano filtrate.

I tubi radiogeni emettono una radiazione X di diverse lunghezze d'onda (policromatica).

Tali lunghezze d'onda dipendono sia dal tipo di metallo del disco anodico sia, soprattutto,

dalla tensione di funzionamento e dalla corrente.

L'operatore può quindi regolare questi parametri:

la corrente con la quale viene prodotto il fascio elettronico per effetto termoionico:

• Aumentare la corrente del filamento provoca un aumento del numero di elettroni

emessi dal filamento stesso e quindi un aumento di intensità della radiazione prodotta

che non ha influenza sull’energia della stessa.

la tensione di alimentazione imposta tra catodo e anodo che determina

• l’accelerazione degli elettroni:

Aumentare la tensione del tubo significa aumentare la differenza di potenziale

esistente tra catodo e anodo, e quindi agire sul campo elettrico che spinge gli

elettroni sull’anodo, traducendosi in un aumento dell’energia della radiazione X

prodotta. Inoltre, quanto più la tensione è alta, tanto più breve è la lunghezza d'onda

dei raggi X (radiazione più dura, più penetrante), mentre operando a tensione più

bassa si avranno raggi X molli meno penetranti.

I tubi radiogeni delle diverse metodiche radiologiche sono diversi tra loro perchè dipende

dalla quantità di calore prodotta che deve essere smaltita. I tubi radiogeni sono quindi

adattati al tipo di esame:

Un'ortopanoramica non richiede un tubo molto performante perchè l'esame dura poco

• I tubi radiogeni della TAC devono invece essere molto sofisticati perchè devono

• sopportare lunghi tempi di operatività (molte radiazioni in poco tempo)

FUNZIONAMENTO

filamento del catodo riscaldato da una corrente emettere

Il viene ed inizia ad

elettroni per effetto termoionico; la nube elettronica intorno ad esso viene accelerata

elettroni verso l'anodo

dall'alta tensione, che proietta gli (Raggio catodico) dove

colpiscono il disco metallico: nell'impatto l'energia cinetica che avevano acquisito si

trasforma in calore (per il 99%) e in radiazione X (per l'1%).

generazione di raggi X

La avviene per:

Bremsstrahlung Radiazione di frenamento

( ): quando l'elettrone di un fascio

• interagisce con il campo elettrico del nucleo di un atomo subisce una brusca

decelerazione e perde energia che viene emessa sotto forma di fotoni.

Radiazione caratteristica : avviene quando, invece, l'interazione dell'elettrone

• incidente avviene con uno degli elettroni più interni dell'atomo bersaglio. A seguito

di questa interazione, entrambi gli elettroni sono diffusi fuori dall'atomo, così che

nell'orbitale rimane un posto libero o "lacuna". Successivamente uno degli elettroni

più esterni si sposta per colmare la lacuna con emissione di raggi X con un'energia

che individua in maniera esatta il materiale di cui è composto l'atomo bersaglio, da

cui il nome "radiazione caratteristica".

PROTEZIONE DALLE RADIAZIONI DIFFUSE:

Le radiazioni diffuse pongono sia dei problemi di natura radioprotezionistica sia di qualità

dell’immagine.

Interventi per ridurre le radiazioni diffuse:

filtraggio

“ ” del fascio radiogeno

• collimatore

• griglie antidiffusione

FILTRAGGIO DEL FASCIO RADIOGENO

I raggi X prodotti fuoriescono da una piccola finestra presente nell’involucro di piombo che

lo circonda, nella quale è posta una lamina di alluminio che serve a filtrare il fascio

radiogeno, attenuando i raggi X di energia inferiore a 40 kV, inutili per la formazione delle

immagini ma pericolosi per i potenziali effetti biologici e dannosi sulla qualità

dell’immagine.

COLLIMAZIONE DEL FASCIO RADIOGENO

regolare la forma e la grandezza del

Il collimatore è un dispositivo che ha lo scopo di

fascio di raggi X, raddrizzando un fascio di raggi provenienti da una sorgente in un fascio

di raggi paralleli. lamine scorrevoli di piombo

E' costituito da una serie di , da uno specchio obliquo e da

una luce che imitano il fascio di raggi X e consentono all'operatore di regolare al meglio il

fascio di radiazioni prima di iniziare l'esposizione vera e propria (Collimatore luminoso)

Una collimazione stretta sulla struttura di interesse riduce il numero delle radiazioni diffuse.

GRIGLIA ANTIDIFFUSIONE

Per impedire che i raggi diffusi, originatisi mediante il fenomeno Compton, raggiungano la

pellicola, si utilizza la “griglia antidiffusione”, costituita da lamelle di piombo disposte

parallelamente fra loro. E' inserita al di sotto della superficie del tavolo portapaziente, tra

questo ed il vano portacassette (tra il paziente e il supporto rilevatore).

Le lamelle sono orientate seguendo l'angolo di inclinazione del fascio della radiazione

primaria che deve però essere naturalmente a una distanza nota e certa. La griglia lascerà

quindi passare solo le radiazioni provenienti da una direzione predefinita e fermerà quelle

che sono deviate dalla direzione iniziale.

Le griglie possono essere classificate a seconda delle caratteristiche delle lamelle:

disposizione:

• perpendicolarmente rispetto alla pellicola sono dette “parallele”

• orientate in maniera tale da avere un angolo pari a quello dei raggi X del fascio

• radiogeno primario, sono dette “focalizzate”

numero

• spessore

• fissa: ha il difetto di essere comunque visibile sul radiogramma

• mobile:

• Per ovviare al problema della visibilità della griglia, senza utilizzarne una con

frequenza troppo alta, è stata messa a punto la “griglia mobile”. Con questa soluzione

tecnica, le lamelle di Pb della griglia vengono sfocate e, quindi, non si vedono sul

radiogramma.

La griglia antidiffusione è indispensabile quando si studia l’addome o il torace.

RADIOLOGIA

In radiodiagnostica le radiazioni utilizzate vanno dai 20 i 120 KeV

Il fascio di raggi x dal tubo radiogeno è sempre divergente e le radiazioni vengono in parte

assorbite dal corpo e in parte lo oltrepassano (Radiazioni trasmesse)

La visualizzazione del passaggio dei raggi X attraverso il corpo del paziente si compie

mediante il sistema pellicola radiografica-schermo di rinforzo contenuto all'interno della

cassetta radiografica. di

La è costituita da da un gel nel cui contesto sono sospesi i

Pellicola fotografica cristalli

alogenuri d'argento (Bromo, fluoro, Iodio)che sono gli elementi sensibili ai raggi X e

alla luce.

Schermo di rinforzo : è il secondo elemento del sistema rivelatore dei raggi X.

Essi sono posti nella cassetta radiografica, su un solo lato oppure su ambedue i lati.

Contiene uno strato di cristalli di “fosfori”, così detti non perché contenenti l’elemento

fluorescenza

Fosforo ma perché in grado di emettere una “ ” quando vengono colpiti da un

raggio X (fenomeno dell’eccitazione), convertendo quindi i raggi X in luce.

I cristalli, inoltre, contenendo elementi ad elevato numero atomico, attenuano la maggior

parte dei raggi X: a parità di esposizione, quanti più raggi X vengono attenuati, tante più

interazioni avvengono e, quindi, tanta più radiazione luminosa verrà prodotta.

La luce emessa dallo schermo di rinforzo impressiona la pellicola fotografica.

Il processo di impressionamento della pellicola avviene soprattutto grazie all’azione degli

Senza di essi sarebbero necessari kV e mA molto più elevati e

schermi di rinforzo.

tempi di esposizione estremamente lunghi .

Dopo l’avvenuto assorbimento dei raggi X e dei fotoni luminosi, sulla pellicola si forma

un’immagine latente (impressionamento). Per sviluppo si intende la reazione chimica che

trasforma l’immagine latente in un’immagine radiografica. La soluzione di sviluppo riduce

gli aggregati di sali di argento ionizzato in argento metallico. L’argento metallico è nero

ed è responsabile della densità del radiogramma. I cristalli di argento non ionizzati vengono

rimossi durante il risciacquo ed il successivo fissaggio

Le varie strutture del corpo attenuano il fascio di raggi X, sulla base della loro densità e del

loro spessore, per cui sul materiale sensibile ai raggi (pellicola radiografica o altro) ne

arrivano in ogni punto quantità diverse.

Più raggi X arrivano sulla pellicola radiografica, più essa diventa nera, più raggi X vengono

attenuati dalle strutture anatomiche più la pellicola sarà chiara.

Corpo meno denso (Radiotrasparenza): la pellicola viene colpita da più radiazioni e

• si ha la precipitazione dei sali d'argento e colorazione nera

Corpo più denso (Radioopacità): la pellicola viene colpita da meno radiazioni e non

• si ha precipitazione dei sali d'argento con colorazione bianca

NERO: Radiotrasparente (passano)

BIANCO: Radioopaco (non passano)

fascio di radiazioni intenso

Il può essere più o meno :

kVoltaggio: potere di penetrazione

• ∆P

Volt: maggiore è il voltaggio e più gli elettroni sono sparati energicamente

Lo studio di una persona magra richiede un kVoltaggio minore

mAmperaggio: intensità del fascio

• più intensa è la corrente e più elettroni sono sparati nell'unità di tempo e quindi più

risoluzione di contrasto

fotoni in uscita con un aumento dalla

Volt: + Energia + Penetrazione

Ampere: + Intensità + Risoluzione di contrasto

Limitazioni della Radiografia :

Non distingue tra tessuti che hanno densità uguale e quindi non dà informazioni sulla

• struttura tissutale

Es. l'Rx della colonna vertebrale non permette di visualizzare il midollo osseo

Radiografia: Potere di risoluzione spaziale: molto alto

Potere di risoluzione di densità: basso

L'immagine radiografica è un'immagine di sintesi, derivante dalla sovrapposizione di

• più piani attraversati dal fascio di raggi x

Questa limitazione può essere corretta eseguendo Rx in diverse proiezioni.

Questa limitazione è stata superata dall'indagine stratigrafica (Tomografia) che studia

tutto ciò che sta su uno strato

POTERE RISOLUTIVO

Il potere risolutivo è dato da:

Risoluzione spaziale

• Risoluzioe di contrasto

RISOLUZIONE SPAZIALE

Minima distanza fisica fra 2 punti alla quale questi vengono riconosciuti come distinti.

Nell'Rx tradizionale dipende dalle dimensioni dei granuli di bromuro di argento

• Nella TC dipende dalla matrice (insieme di pixel)

RISOLUZIONE DI CONTRASTO

Minima differenza di parametro fra 2 punti alla quale vengono riconosciuti come distinti

Parametro:

Rx opacità Z densità

: che deriva dal e quindi dalla

• TC densità

:

• La risoluzione di contrasto è direttamente proporzionale al mAmperaggio della

corrente elettrica che attraversa il catodo, che si riflette sul numero di elettroni

sparati sull'anodo e quindi sul numero di fotoni emessi che più interagiscono con la

materia aumentando la risoluzione di contrasto.

Perchè due punti di diversa densità possano essere visti come distinti, è necessaria

una differenza del:

5% nella Rx

• 0,5% nella TC: il mediastino viene studiato solo con la TC perchè le strutture

• in esso contenute hanno densità molto simile

Ecografia: ecogenicità

• RMN: T1, T2 e Densità protonica

Rx e TC: nella qualità dell'immagine intervengono:

Numero atomico: maggiore interazione con la materia

• Densità: diversa quantità di radiazioni bloccate o che attraversano

• Spessore: non è rilevante nella TC perchè è un'indagine stratigrafica

Risoluzione spaziale Radiologia tradizionale

La è maggiore nella con metodo

analogico perchè i granuli di Bromuro d'argento sono più piccoli dei pixel

Risoluzione di constrasto RMN

La è migliore nella rispetto alla TC

RADIOSCOPIA

La Radioscopia o Fluoroscopia è una tecnica radiologica che permette di ottenere immagini

in tempo reale dell'anatomia interna di un paziente, interponendo la struttura da esaminare

tra un tubo radiogeno e uno schermo fluorescente.

Il sistema detettore è costituito da schermo ai fosfori fotosensibili (cristalli di solfato di

zinco e cadmio con tracce di argento( i quali vengono eccitati dai raggi x trasmessi che

attraversano il corpo (non attenuati) producendo fluorescenza, cioè luce visibile, che crea

un'immagine bianca.

Maggiore attenuazione del fascio di raggi X =aree scure (radioopacità).

Minore attenuazione del fascio di raggi X =aree chiare (radiotrasparenza o radiolucenza)

Il fluoroscopio viene utilizzato per esami che vogliono verificare il transito della sostanza

radio-opaca in strutture anatomiche quali i vasi sanguigni, o per il posizionamento di

pacemaker cardiaci o per seguire l’avanzamento di un catetere in un’angioplastica.

Si deduce che il tempo di esposizione del paziente ai raggi X è assai lungo, ciò comporta la

necessità di abbassare la dose di raggi X che investe il paziente. Questo abbassamento però

si potrebbe ripercuotere sulla qualità dell’immagine.

AMPLIFICATORE DI BRILLANZA

L’immagine viene quindi intensificata attraverso un dispositivo detto intensificatore di

brillanza: rileva l’immagine a raggi X e la converte in un’immagine di luce visibile che

viene convertita in segnale video da una una videocamera digitale e l’esame che si sta

effettuando può essere visualizzato in real-time su un monitor.

L’intensificatore di brillanza è costituito da un tubo elettronico interposto tra due schermi e

alimentato da tensione elettrica costituito da:

grande schermo di ingresso (fluorescente)

• fotocatodo

• elevato campo elettrico

• piccolo schermo di uscita

il tutto all’interno di una ampolla di vetro sotto vuoto.

Il primo schermo viene investito dalla radiazione ed emette luce proporzionale all’intensità

dei raggi X.

Il fotocatodo, per effetto fotoelettrico, emette un flusso di elettroni che, accelerati dal

campo elettrico (tensione elettrica), sbattono contro il secondo schermo convertendo la loro

energia cinetica in energia luminosa, restituendo un’immagine molto più luminosa.

L'immagine in uscita è approssimativamente 105 volte più luminosa di quella in ingresso.

Il guadagno di luminosità è dato da:

un guadagno di flusso (amplificazione del numero di fotoni)

• un guadagno di riduzione (concentrazione di fotoni da uno schermo più grande in

• ingresso su uno schermo più piccolo di uscita)

L’amplificatore di brillanza:

migliora la qualità dell'immagine radioscopica

• consente di ridurre il dosaggio di raggi X

• consente la produzione di immagini radioscopiche digitalizzate

STRATIGRAFIA

La stratigrafia o tomografia, a differenza della radiografia convenzionale, permette di

un solo strato

analizzare , superando la limitazione della radigrafia della sovrapposizione

delle immagini movimento sincrono e contrapposto di tubo radiogeno e

La tecnica consiste nel

sistema detettore fulcro di pendolazione corrispondente al piano

con da esaminare,

permettendo la cancellazione delle strutture che si trovano al di fuori del centro di rotazione

(o "di simmetria") del movimento stesso.

Maggiori sono gli Angoli di pendolazione e più sono sottili gli strati che si studiando.

La statigrafia può studiare:

Strati frontali o coronali

• Strati sagittali

• No gli strati trasversali, che possono essere studiati con la TC

TAC

Gli apparecchi TC si distinguono in due tipi:

convenzionali (o sequenziali): l’evoluzione tecnologica si caratterizza per l'aumento

• numero di detettori

del (“generazioni”)

spirali file di

: l’evoluzione tecnologica si caratterizza per l'aumento delle

• detettori (“monostrato” o “pluristrato“).

TC CONVENZIONALI

1 Generazione fascio lineare tubo

: emissione di un di raggi X emesso da un

• radiogeno solidale con un singolo detettore , che si muovono

perpendicolarmente allo strato in esame (movimento di traslazione) e ruotano di 1°

ed effettuano di nuovo la traslazione.

Questo processo veniva ripetuto un grado alla volta fino a 180° con tempi di

scansione di 5-10 minuti per strato. Non erano quindi possibili studi di parti in

movimento (torace, addome), ma solo dell'Encefalo

2 Generazione fascio ventaglio

: il di raggi X assumeva la forma di un di 20-30°

• detettori 20-50

con un aumento del numero dei , che da uno passavano a .

Ciò permetteva di diminuire il numero delle rotazioni, da una per ogni grado a

una ogni 3°-20° , e, quindi, di ridurre il tempo necessario a completare ogni singola

scansione per strato a 15-30 secondi.

3 Generazione fascio ventaglio 30°-50°

: il radiogeno è a forma di di mentre i

• detettori 300-800

sono e sono disposti ad arco, opposti e solidali al tubo

radiogeno. Il tubo ed i detettori effettuano solo movimenti di rotazione di 180°-

360°, limitati dalla presenza dei cavi di alimentazione elettrica, per cui vengono

effettuati una volta in senso orario e, la successiva, in senso antiorario.

Il tempo di scansione può essere ridotto ad 1-2 secondi.

4 Generazione detettori 600-1200

: un grande numero di ( ) è disposto a formare

• una corona circolare completa intorno al paziente. Il tubo radiogeno ruota mentre i

detettori rimangono fissi. I tempi di scansione si riducono a meno di un secondo.

Gli apparecchi di 4a generazione non hanno avuto molto successo principalmente

per due motivi: il costo più elevato (a causa del numero di detettori) e la quasi

contemporanea introduzione degli apparecchi di tipo spirale.

TECNICA DEI CONTATTI STRISCIANTI

Ciò che ha consentito il passaggio dalla TC tradizionale alla TC spirale è stato l’utilizzo

tecnologia slip-ring contatti striscianti

della o dei .

Nella TC tradizionale si basava sul principio di una successione di singole scansioni

Tecnica Start-Stop

intervallate da uno spazio di tempo morto ( ); tale tempo era

necessario per lo spostamento del lettino porta paziente e per poter consentire il

riavvolgimento dei cavi di alimentazione sia del tubo sia quelli deputati al trasferimento

dati dai detettori all’elaboratore.

La tecnologia slip ring ha permesso la rotazione continua unidirezionale del tubo

radiogeno e dei detettori, montati su un anello rotante che si alimenta a grazie a

connessioni elettriche striscianti.

TC SPIRALE

TC spirale evoluzione delle apparecchiature di terza

La (o elicoidale) è un’

generazione : il sistema tubo-detettori ruota continuamente intorno al paziente mentre il

lettino si muove su un piano di scorrimento. I piani di scansione descrivono un'elica

attorno al paziente, ottenendo una scansione "a spirale"

Oltre a ciò, negli apparecchi TC spirale sono state implementate le capacità caloriche dei

tubi, l’efficienza dei detettori e la potenza di calcolo del computer.

I moderni tomografi multistrato possono impiegare anche solo pochi secondi, ottenendo

decine di scansioni per ogni singola rotazione.

Vantaggi della TC spirale:

La modalità di acquisizione spirale presenta diversi vantaggi rispetto a quella sequenziale:

acquisizione di un volume e non solo di uno strato, con miglioramento della qualità

• delle ricostruzioni planari e 3D (eliminazione dell’anisotropismo dei voxel)

riduzione degli artefatti da movimento, grazie alla maggiore velocità di acquisizione

• eliminazione del tempo di attesa tra scansioni successive, con aumento

• dell’efficienza del tubo e dei detettori.

TC MONOSTRATO E MULTISTRATO

La TC spirale ha conosciuto un’evoluzione caratterizzata dall’aggiunta di più file di

detettori: ad ogni rotazione, invece che un singolo strato (TC Monostrato), ne viene

Multistrato

acquisito un numero multiplo (TC ) con filiere multiple di detettori. Agli inizi

64 strati con oltre 5000 detettori

erano 4 strati, poi 8, quindi 16, 32 e, infine, per ora,

Vantaggi:

Acquisizione rapida :

• studi di ampi volumi corporei

l’aumento degli strati acquisiti ha reso possibile

in pochi secondi , riducendo ulteriormente gli artefatti da movimento

(studi sul cuore e sull’apparato gastro-intestinale).

Alta risoluzione :

• la maggiore velocità di rotazione permette di ridurre la quantità di contrasto

La maggiore efficienza dei detettori permette di ridurre la quantità di raggi X

• Endoscopia virtuale VE

( : Virtual Endoscopy)

• Ricostruzione tridimensionale VR

( : Volume rendering)

Svantaggi:

La possibilità di studiare volumi corporei

velocemente e con fette più sottili ha però

determinato un aumento della radioesposizione

media della popolazione sottoposta ad indagini di

diagnostica per immagini, rappresentando una

problematica emergente.

TC Multistrato

Applicazioni :

Cardiologia : Patologie coronariche

• Colongrafia : Polipi e Neoplasie

• Polmone : Embolia polmonare

• Angiografia TC : Emergenze

TAC A FASCIO CONICO conosciuta come Cone Beam TC

copre una superficie maggiore

Con una singola rotazione rispetto al fascio radiante a

ventaglio. Viene utilizzata in:

Rx panoramica

• Tac dei mascellari, delle orbite, dell’orecchio e dei seni paranasali

• Ricostruzioni tridimensionali

• Studio delle articolazioni temporo-mandibolare

• Ricostruzione dei tessuti molli

• Teleradiografie del cranio

I fasci periferici obliqui possono causare effetti deformanti nello sviluppo dell'immagine,

che però vengono corretti da appositi programmi.

Vantaggi:

scansione di circa 10-20 secondi e una dose di radiazioni per il paziente veramente

• minima pari a circa 1/50 della TC spirale tradizionale.

l’esame viene eseguito in posizione eretta o da seduti. Il paziente non deve quindi

• più sdraiarsi e non deve "entrare" in nessun "tubo".

DETETTORE raggi x trasmessi in segnali elettrici

Dispositivo che converte che vengono elaborati

assegna a ciascun pixel del monitor o voxel dello strato un

dal computer, il quale

valore numerico TC in base al coefficiente di attenuazione, dipendente dalla densità,

sulla scala di Hounsfield, corrispondente ad una scala di grigi

IMMAGINE TAC

Mentre nell'Rx tradizionale l'immagine dipende dalla densità, dal numero atomico e dallo

densità numero atomico

spessore, nella TAC l'immagine dipende dalla e dal .

SCALA DI HOUNSFIELD :

scala quantitativa per descrivere la radiodensità che consente la trasformazione del

coefficiente di attenuazione in un valore numerico , ovvero conversione della densità

dei tessuti attraversati dai raggi X in livelli di grigio

L'immagine del corpo viene realizzata misurando l'attenuazione di un fascio di raggi X

che lo attraversa, che varia in modo proporzionale alla densità elettronica dello strato

attraversato (distribuzione spaziale degli elettroni).

Poiché le immagini sono di tipo digitale, lo strato studiato viene suddiviso in elementi di

voxel pixel

volume ( ), ai quali corrisponde un elemento unico d'immagine ( ).

L'unità di misura della densità elettronica è l'UH (unità di Hounsfield– HU), la cui scala

comprende 4000 diverse tonalità di grigio, dal nero al bianco.

L’unità di Hounsfield o numero TC è un valore adimensionale proporzionale alla densità

acqua 0

del tessuto, riferite alla densità dell’ che per convenzione è pari a .

Al di sopra e al di sotto di tale valore si localizzano le densità dei diversi tessuti della

– 1000 aria +1000 osso

materia vivente, compresi tra UH dell' e dell'

A ciascun pixel viene assegnato un valore numerico detto numero TC o unità Hounsfield,

attenuazione media

che rappresenta l’ del corrispondente volume di tessuto esaminato.

In un voxel con coefficiente di attenuazione , il corrispondente valore HU è dato da:

Coefficienti di attenuzione Scala di grigi tramite la Scala di Hounsfiel

Scala di Hounsfield:

+ 1000: Osso

• + 800: Muscolo

• + 100: Tessuto parenchimale

• + 50: Sangue

• 0 : Acqua

• - 100: Tessuto adiposo

• - 1000: Aria

L'Rx tradizionale non ha una definizione sufficiente per cogliere valori da – 100 a + 100

Negli esami TC quindi si parla di densità: gli organi ed i tessuti possono essere:

iperdensi

• ipodensi

• isodensi

in relazione ad un altro organo o tessuto o alla densità di riferimento dell’acqua

4000 valori

Nella TC i valori di densità sono distribuiti in oltre numerici e quindi di

grigi

livelli di . Poiché l'occhio umano distingue solo 50 tipi di grigi ci si avvale del

Windowing

sistema caratterizzato dai parametri:

Ampiezza della finestra

• Livello della finestra

AMPIEZZA DI FINESTRA: (Window Width = WW).

L'estensione della finestra di valori della scalda di Hounsfield che si vuole visualizzare

range di rappresentazione dei grigi

sotto forma di scala di grigi ( ) distinguibili

dall'occhio umano, permettendo quindi di studiare solo l'organo di interesse

tarare la finestra in base alla densità dell'organo da studiare

( )

I limiti della finestra corrispondono al bianco ed al nero e i livelli di grigio intermedi

vengono distribuiti in maniera lineare all’interno della finestra.

L'ampiezza della finestra definisce quindi il contrasto:

finestra è stretta

Se la , tra il bianco ed il nero ci saranno pochi livelli di grigio per

• alto contrasto

cui saranno visibili anche lievi differenze di densità ( )

Se la finestra è ampia saranno meno visibili le differenze tra le diverse strutture

L'Ampiezza di finestra definisce solo quanti numeri vengono convertiti in livelli di grigio,

ma non quali. Per definire quali numeri convertire in livelli di grigio bisogna agire sul

LIVELLO DELLA FINESTRA

Definisce il numero che si trova al centro dell’intervallo numerico visualizzato ovvero il

punto in cui, arbitrariamente, fissiamo il nostro centro al di sopra del quale stanno i tessuti

più densi e al di sotto i tessuti meno densi della struttura che vogliamo studiare.

Finestra ampia (>1500)

• Centro elevati

su valori (400; 800) viene utilizzata per la visualizzazione dei

• tessuti duri

Centro negativi tessuti aerati

su valori molto (-500;-700) viene usata per i .

Finestra stretta (<500), con livelli compresi tra lo 0 dell’acqua e 70-80 UH, viene

• tessuti molli

usata per i .

Es: WW = 100 e WL = 0

• Vengono convertiti in scala di grigio i numeri TC compresi tra –50 e +50

WW: 400 WL= + 50 (Studio del fegato)

• Vengono convertiti in scala di grigio i numeri TC compresi tra -150 e +250

L'utilizzo dell'Ampiezza di finestra e del Livello di finestra è alla base della TAC

mediastinica o della TAC polmonare.

VOXEL o volumetric pixel o volumetric picture element

E' un elemento di volume dello strato analizzato dalla TC che rappresenta un valore di

intensità di segnale o di colore in uno spazio tridimensionale, rappresentato dal pixel

nell'immagine bidimensionale.

Fino a pochi anni fà i pixel avevano dimensioni diverse (1cm x 1,5 cm) con conseguente

Voxel anisotropico sezioni assiali

sviluppo di immagini sfocate. Nel le (trasversale)

risoluzione migliore

avevano una rispetto alle sezioni frontali e sagittali, perchè

mantenevano le proporzioni spaziali del corpo. Voxel isotropico

Oggi alla base delle moderne Multislices TC c'è il , avente dimensioni

laterali

uguali sui tre assi dello spazio (Cubo). In questo modo le immagini (sagittali) e

coronali stessa risoluzione

(frontale) hanno la spaziale delle immagini assiali

(trasversale)

Quanto più piccolo è il volume rappresentato da un pixel, tanto maggiore è la risoluzione

spaziale. L'attenuazione è direttamente proporzionale alla densità elettronica dei tessuti

presenti nel voxel: il suo valore è detto "densitometrico". Un voxel con alta densità viene

rappresentato con una gradazione di grigio più chiara.

Effetto di volume parziale

Si registra quando la dimensione del voxel dell'immagine e' maggiore della dimensione del

dettaglio che si vuole visualizzare e costituisce l'imprecisione dei numeri TC quando nel

voxel sono presenti strutture a densità differente, delle quali viene rappresentata una

media, che di fatto non corrisponde a nessuna di esse, con perdita di risoluzione.

Più sottile è la fetta, minori saranno gli artefatti dovuti all’effetto del volume parziale.

MEZZI DI CONTRASTO TC

Permettono di migliorare lo studio con la TC rafforzando il contrasto di densità,

soprattutto nella visualizzazione dei processi infiammatori e dei tessuti molto

vascolarizzati come i tumori

Il mezzo di contrasto può essere:

Radiopaco positivo

o : aumenta resistenza ai raggi X (elevato Z). Bario, Iodio

• Radiotrasparente negativo

o : diminuisce resistenza ai raggi X (basso Z). Aria,

• CO2

Ionico Non Ionico

/

• Iodato

• Idro Liposolubili

/

• Orale

• Endovena

• Aria

Nell'uso del mdc nella TC bisogna valutare:

Volume di mdc da iniettare: il meno possibile e diverso nel bambino e nell'adulto

• Flusso di introduzione

• Ritardo di eliminazione

mezzi di contrasto orali

I assomigliano a quelli iodati idrosolubili dello studio

radiologico dell'apparato digerente. L'impiego di questi mezzi di contrasto è riservato agli

esami TC dell'addome ed ha lo scopo di mettere in evidenza le anse intestinali rispetto alle

circostanti strutture di altri organi e vasi (anche l'acqua per lo stomaco)

mezzi di contrasto per endovena

I sono rappresentati da quelli di tipo non ionico che

vengono eliminati con le urine tramite il rene. Il loro impiego consente una migliore

differenziazione di strutture con densità simile, o della stessa struttura in tempi diversi,

programmabili attraverso un iniettore a flusso variabile.

4 fasi

In una TAC con mdc endovena si distinguono :

basale

• arteriosa

• venosa

• tardiva

Le diverse fasi del mdc mostrano diverse strutture o alterazioni e talvolta alcune patologie

sono visibili solo in una particolare fase:

Metastasi epatiche : meglio visibili in fase arteriosa e scompaiono nella fase venosa

Angioma epatico :

Fenomeno tipico del "contrast enhancement":

il contrasto viene assunto progressivamente dalla periferia al centro:

periferico in fase arteriosa

• “riempimento centripeto” completo, in fase portale e tardiva

• (Fase tardiva di assorbimento del mdc: ritardata opacizzazione durante eliminazione

del mezzo di contrasto) lesioni ossee

La TC è inoltre importante come supporto semeiologico alle :

Osteoporosi

• Osteosclerosi

• Osteonecrosi

• Osteolisi

RICOSTRUZIONI IN TC

L'Acquisizione volumetrica permette ricostruzioni multiplanari e tridimensionali:

Analisi planimetriche :

MPR: Multi Planar Reformation . Molto utile e bisogna farla sempre

Ricostruzione di diversi piani dello spazio:

3 piani spaziali (trasversale, coronale, sagittale)

• piani obliqui

• piani irregolari (strutture anatomiche)

Analisi volumetriche :

MIP: Maximum Intensity Projection . Massima intensità possibile

• Analizza ogni voxel lungo la linea dell’osservatore e seleziona quello con la

massima intensità, che viene poi utilizzato per generare il volume.

ricostruzioni angiografiche

Utilizzata in

Limiti

Non permette di valutare i rapporti con i tessuti molli.

• Rappresenta solo il voxel con la densità maggiore (la presenza ad esempio di

• calcio può mascherare il lume del vaso).

Può richiedere tempo per l’editing.

• Può essere soggetta ad artefatti (es. se un vaso non riempie tutto il voxel).

SSD: Shaded Surface Display

. Serve ad eliminare ciò che non viene opacizzato

• mdc

dal con il rischio di non visualizzare calcificazioni in casi molto piccoli.

Limiti:

Non è in grado di distinguere strutture che hanno densità simile tra loro o che

• sono in contatto.

Utilizza solo il 10% delle informazioni disponibili.

• Non permette di visualizzare strutture che non hanno margini definiti

• Rappresenta solo le superfici

VR: Volume Rendering 3D

• Utilizza l’intero volume di dati e somma i contributi di ogni voxel lungo la linea di

vista, rappresentandone i risultati nel pixel. Necessita di computer molto potenti.

V.E. : Virtual Endoscopy

• Si avvale di scansioni TC spirale a strato sottile da cui vengono generate immagini

bidimensionali ad alta risoluzione. Attraverso un sofisticato software vengono

successivamente ricostruite immagini tridimensionali simulanti quelle ottenute con

l’endoscopia convenzionale.

Limiti:

E’ necessario un sufficiente contrasto tra il lume e le pareti

• Esistono zone “nascoste”

• Non è possibile “vedere” la mucosa

• Necessita di scansioni sottili.

Dentescan o TC dentale : studio delle arcate dentarie

• Importante nella pianificazione terapeutica e nel follow up delle procedure di

implantologia : valuta se la lunghezza dell'osso è appropriata per supportare un

impianto dentario

Altra indicazione significativa è lo studio delle anomalie dentarie (denti

soprannumerari, inclusi, disodontiasi).

Viene eseguito in proiezione laterale con ricostruzione parasagittale

Scopi delle Ricostruzioni delle TC:

Permettere una rapida visualizzazione di un enorme quantità di dati

• Facilitare lo studio dei rapporti anatomici

• Facilitare la comunicazione delle patologie

• Risparmiare le pellicole

Le tecniche SSD e MIP utilizzano solo il 10% delle informazioni disponibili.

Il rendering volumetrico utilizza invece tutte le informazioni a disposizione

RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE

E' una tecnica di indagine basata sulla misura della precessione dello spin di protoni o di

altri nuclei dotati di momento magnetico quando sono sottoposti ad un campo magnetico.

Il segnale di densità in RMN è dato quindi dal nucleo atomico dell'elemento esaminato e

non dalle dalle caratteristiche degli orbitali elettronici degli atomi colpiti dai raggi X come

nella Radiografia tradizionale o nella TC

Componenti di una RMN:

Magnete : genera un Campo Magnetico Statico omogeneo, intenso e stabile che

• allinea i protoni nei propri assi

Bobine a radiofrequenza : generano impulsi di radiofrequenza che perturbano i

• protoni fornendo loro E, la quale viene restituita sotto forma di risonanza magnetica

Bobine di gradiente : modificano l'omogeneità del campo magnetico statico

• rendendo riconoscibile la provenienza del segnale

Permette di capire da dove viene il segnale

Computer : amplifica, digitalizza e ricostruisce il segnale

FUNZIONAMENTO

I nuclei di alcuni elementi con numero dispari di protoni e/o neutroni (es. H) ruotano

intorno a se stessi (spin intrinseco). Dato che ogni carica elettrica in movimento produce un

campo magnetico, anche questi nuclei sono associati ad un campo magnetico microscopico

detto momento magnetico nucleare o dipolo magnetico.

Poiché il campo magnetico terrestre non è sufficientemente forte (0.00005 Tesla) per

influenzare l’orientamento dei dipoli magnetici, all'interno dell'organismo i i vettori

magnetici sono disposti in maniera casuale nello spazio e quindi il vettore magnetico

risultante dalla loro somma è nullo.

I sistemi RM producono immagini utilizzando le proprietà magnetiche del nucleo

dell’idrogeno, che è l’elemento più abbondante nell’organismo e per fare ciò inducono un

campo magnetico esterno stazionario abbastanza forte (da 0,2 Tesla fino a 3 Tesla) da

indurre i protoni ad orientarsi parallelamente alla direzione del campo magnetico esterno.

Si produce così una magnetizzazione risultante M, orientata parallelamente a B0.

Inoltre sempre per effetto di B0, il momento magnetico di ciascun protone comincia a

ruotare, cioè a procedere attorno alla direzione di B0 nello stesso modo in cui l’asse di una

trottola ruota intorno alla direzione della forza di gravità.

Rispetto a B0 orientamenti

, per i protoni esistono solo due possibili :

parallelo basso livello energetico

( )

• antiparallelo alto livello energetico

( )

In condizioni di equilibrio, il numero di protoni paralleli è lievemente superiore rispetto al

numero di protoni antiparalleli.

Questa piccola prevalenza di protoni paralleli produce una magnetizzazione risultante (M),

misurabile, che ha la stessa direzione e verso del campo magnetico esterno B0 e ha un

valore molto piccolo pari a circa un milionesimo di B0. frequenza di

La frequenza con cui i protoni ruotano attorno alla direzione di B0 è detta

precessione o di Larmor

In condizioni di equilibrio, in presenza di un campo magnetico uniforme, tutti i protoni

hanno la stessa frequenza, ma non la stessa fase di precessione.

Per ogni protone possiamo considerare due componenti vettoriali:

Longitudinale , orientata lungo l’asse z, detta magnetizzazione longitudinale,

• somma dei singoli momenti.

Trasversale , perpendicolare a B0, che ruota nel piano x, y.

• Non esiste alcuna magnetizzazione trasversale nel piano x, y perché le componenti

trasverse dei singoli nuclei si trovano sparpagliate e si annullano reciprocamente.

applicazione di radiofrequenze

Tale stato di equilibrio può essere alterato mediante l’

onde elettromagnetiche, la cui frequenza sia uguale a quella di

(RF), cioè di

precessione dei protoni (frequenza di Larmor) .

fenomeno della risonanza magnetica nucleare

Solo in tali condizioni si verifica il ,

passaggio di energia dalla RF ai protoni.

cioè il

Per RF con frequenza diversa da quella di Larmor non si verifica alcuno scambio di energia.

stimolazione con RF

La provoca due fenomeni:

sincronizzazione

La dei protoni nella stessa fase di precessione.

• passaggio alcuni protoni dal livello energetico basso (paralleli a B0) al

Il di

• livello energetico alto (antiparalleli a B0).

In tal modo la magnetizzazione risultante (M) si allontana dall’asse z di un angolo

proporzionale a intensità e durata dell’impulso RF e si avvicina all'asse trasversale x,y

Un impulso RF capace di spostare la magnetizzazione M sul piano x, y viene definito

Impulso di 90 gradi. In tali condizioni le componenti magnetiche longitudinali (parallela

ed antiparallela) si annullano, mentre le componenti magnetiche trasversali si sommano

nel piano x, y.

Un impulso RF di durata o intensità doppia rispetto al precedente, tale da ruotare M in

posizione diametralmente opposta rispetto a B0, è detto Impulso di 180 gradi.

Ogni volta che un circuito è attraversato da un

campo magnetico variabile nel tempo si genera

una corrente elettrica indotta

(fenomeno dell’induzione elettromagnetica).

Il vettore di magnetizzazione trasversale, che ruota

nel piano x, y dopo un impulso di 90°, genera nel

circuito ricevente (antenna) una corrente misurabile

che è il segnale di RMN, detto anche FID

(Free induction decay).

Una volta cessato l’impulso RF, si verificano i due seguenti fenomeni inversi:

Passaggio di molti protoni ad un livello energetico basso, con recupero della

• magnetizzazione longitudinale (Rilassamento longitudinale T1 o spin-lattice)

Desincronizzazione dei protoni, con conseguente decadimento della magnetizzazione

• trasversale (Rilassamento trasversale o rilassamento spin-spin o T2).

T1 o Tempo di rilassamento longitudinale

indica il tempo necessario per recuperare il 63% della magnetizzazione longitudinale,

ovvero il tempo richiesto ai protoni per tornare alle condizioni di equilibrio iniziale, grazie

alla cessione di energia al microambiente circostante (lattice):

E' un processo descritto da una funzione di tipo esponenziale

• intensità di T1

L' dipende da:

• intensità del campo magnetico principale B0

• dimensione della molecola del tessuto in esame

• DNA e l'acqua hanno un T1 lungo, i lipidi hanno un T1 breve .

Mediamente le strutture del corpo umano in un campo magnetico di intensità

0,1-0,5 Tesla hanno un T1 compreso tra 300 e 700 millisecondi.

Recupero magnetizzazione longitudinale Grafico di T1

T2 o Tempo di rilassamento trasversale

La disomogeneità del microcampo magnetico locale provoca una perdita della coerenza di

fase dei protoni. La progressiva desincronizzazione determina, quindi, il decadimento della

magnetizzazione trasversa, che si azzera in condizioni di equilibrio

Il T2 indica il tempo richiesto alla magnetizzazione trasversale per decadere al 37% del

valore iniziale, indicando quindi il tempo richiesto ai protoni (spin) per desincronizzarsi in

relazione al reciproco scambio di energia.

E' un processo descritto da una funzione di tipo esponenziale

• intensità di T2

L’ dipende da:

• dimensione delle molecole .

• Grosse molecole hanno T2 più brevi.

Piccole molecole (acqua) hanno T2 lungo

Nei tessuti biologici il T2 è compreso tra 50 e 150 millisecondi e può essere

uguale o inferiore a T1

A differenza del T1, il T2 è poco influenzato dalla variazione di B0.

Tempo di rilassamento trasversale T2 Grafico di T2

L’immagine viene prodotta utilizzando il segnale di risonanza emesso dai nuclei di idrogeno

in precessione, dopo che questi sono stati eccitati dalla RF.

caratteristiche del tessuto

L’ampiezza dei segnali dipende dalle seguenti in esame:

Caratteristiche di T1 e T2 dei protoni

• Numero di protoni densità protonica

in precessione per unità di volume ( )

Il contrasto dell’immagine in RM dipende per lo più dal T1 ed dal T2:

molti tessuti, infatti, hanno DP simile, mentre differiscono nei valori di T1 e T2.

IMMAGINE RMN

sequenza di impulsi RF

Scegliendo la è possibile imporre al sistema di spins una

determinata dinamica, così da ottenere l’informazione dal segnale RM.

I parametri che influenzano il risultato dell’immagine sono i tempi:

Time to Repeat (TR)

• Time of Echo (TE)

che possono essere lunghi o brevi. immagini pesate

combinazione di TR e TE

Mediante la lunghi o brevi, si avranno in:

T1

• T2

• Densità Protonica

• tonalità di grigio

I segnali di RMN vengono utilizzati per formare un’immagine in cui le

più chiare quanto più intenso è il segnale

dei tessuti rappresentati sono tanto da essi

emesso e viceversa.

Intensità del segnale nelle varie sequenze

Si parla quindi di delle strutture :

Isointenso

• Ipointenso

• Iperintenso

IMMAGINI T1-PESATE

Per ottenere una sequenza T1-pesata, si usa

TR breve TE breve

un associato ad un .

Piccole molecole (Acqua e tessuti idratati)

• hanno T1 lungo (scuro)

Grosse molecole (Grasso)

• hanno un T1 breve (brillante)

IMMAGINI T2-PESATE

Per ottenere una sequenza T2-pesata, si usa

TR lungo TE lungo

un associato ad un .

L’efficienza di T2 dipende dalle dimensioni delle

molecole:

Piccole molecole (acqua e tessuti idratati)

• hanno T2 lungo (bianco)

Grosse molecole (Grasso)

• hanno T2 breve (scuro)

IMMAGINE DP-PESATA

La densità dei protoni provvisti di spin ed in precessione in un determinato volume è alla

base della formazione delle immagini di Densità Protonica (DP).

TR lungo TE breve

Per ottenere una sequenza DP-pesata, si usa un associato ad un .

Le immagini DP presentano una risoluzione di contrasto molto inferiore alle immagini T1 o

T2 pesate, in quanto tessuti anche molto diversi tra loro possono presentare una densità

protonica simile.

RIASSUMENDO DP PESATA

T1 PESATA T2 PESATA

Time to Repeat (TR) Lungo

Breve Lungo

Time of Echo (TE) Breve

Breve Lungo

Acqua (Lungo) Scuro Brillante

T1 lungo: T2 lungo:

e Piccole molecole

Grasso (Breve) Brillante Scuro

T1 breve: T2 brevi:

e Grosse molecole

intenso chiara T1 breve T2 lungo

Segnale e Tonalità grigio /bianca: e

poco intenso scura T1 lungo T2 breve

Segnale e Tonalità grigio /nera: e

TRUCCO PER RICORDARSI:

Acqua sempre lunga

• Grasso sempre corto Quando le combinazioni coincidono

• (lungo-lungo, corto-corto) è brillante

“T1 è breve”

• “T2 è lungo”

IN SINTESI FUNZIONAMENTO RMN

Pz posto in un campo magnetico esterno: i vettori magnetici dei nuclei di H si

• allineano lungo le linee di forza del campo magnetico esterno.

Per misurare la magnetizzazione bisogna inviare una destabilizzazione mediante

• l'invio di un impulso di radiofrequenza che permette ai protoni di assorbire energia

con conseguente deviazione del loro orientamento (Risonanza magnetica nucleare)

Una volta tolto l'impulso di radiofrequenza i protoni tornano allo stato iniziale

• emettendo un segnale di energia che viene usato per la ricostruzione dell'immagine.

SEQUENZE

Esistono molti tipi di sequenze, quelle più utilizzate sono la Spin Echo (SE), la Inversion

Recovery (IR) e la Gradient Echo (GE).

La sequenza più semplice è detta FID ripetuto o “Saturation recovery“, la quale ha un

grande svantaggio: per ottenere il massimo segnale richiede che la magnetizzazione

riacquisti la sua posizione di equilibrio lungo l'asse Z prima che venga ripetuta la sequenza.

Quando il T è lungo, questo può prolungare significativamente il tempo di acquisizione.

1

Se la magnetizzazione non riacquista completamente l'equilibrio, il segnale è minore di

quello che si avrebbe nel caso del completo recupero.

Le sequenze ora più utilizzate sono denominate “spin-echo” ed “inversion recovery“.

Esistono anche altre sequenze come “gradient echo“ e “turbo spin-echo”.

Spin Echo RF a 90° e 180°

Vengono usati due impulsi , ma vengono applicati in ordine inverso

rispetto alla sequenza di inversion recovery. Il primo segnale a 90° ruota tutta la

magnetizzazione nel piano trasverso rispetto al campo magnetico applicato. Applicando

dopo un certo intervallo di tempo un impulso a 180°, il verso degli spin cambia.

Siccome ogni spin si trova immerso nello stesso campo magnetico precedente, esso

"tornerà indietro" con la stessa velocità di prima, causando un "riavvolgimento" delle fasi

ed una riacquisizione della coerenza da parte del segnale. Gli spin saranno tutti di nuovo in

fase e si produrrà un'eco, la cui ampiezza massima sarà inferiore all'ampiezza del FID

registrato precedentemente, in quanto nel frattempo gli spin avranno ricevuto un certo

decadimento T2

Spin echo T1 pesata : anatomica

fornisce un’immagine “ ” con ottimo dettaglio e definizione strutturale ma con

bassa sensibilità per le modificazioni patologiche tissutali. mezzo di contrasto

Il maggior risalto di un’area patologica in T1 viene ottenuto con

endovenoso: la lesione captante il mezzo di contrasto apparirà iperintensa.

Spin echo T2 pesata minor dettaglio anatomico

: fornisce immagini, con rispetto alle

aree patologiche iperintense

T1, ma in cui la maggior parte delle appaiono (bianche).

Le sequenze T2-pesate sono altamente sensibili in quanto consentono spesso una rapida

senza

individuazione delle lesioni presenti all’interno di un tessuto alcuna

mezzo di contrasto

somministrazione di endovenoso

Gradient Echo singola eccitazione seguita da un gradiente

Tale sequenza è caratterizzata da una

applicato lungo l'asse di lettura detto gradiente di difasamento. Tale gradiente modifica la

fase degli spin in modo spazialmente dipendente, cosicché alla fine del gradiente il segnale

sarà annullato in quanto la coerenza tra gli spin sarà completamente distrutta.

A questo punto si applica il gradiente di lettura di polarità contraria, in modo da compensare

l'effetto del gradiente di difasamento. Quando l'area del gradiente di lettura sarà pari a

quella del gradiente di difasamento, gli spin si troveranno ad avere una fase di nuovo

coerente (a meno degli effetti del rilassamento T2*), e quindi un segnale sarà di nuovo

segnale di gradient echo

rilevabile. Tale segnale prende il nome di , perché è prodotto

tramite rifasamento dovuto a un gradiente (a differenza del segnale di spin echo il cui

rifasamento è dovuto a un impulso a radiofrequenza).

gradient echo tempi di ripetizione molto brevi

Le sequenze permettono di ottenere

(3 msec) acquisire immagini in poco tempo

e quindi di , in quanto l'acquisizione di

un'eco può essere resa rapida aumentando l'ampiezza dei gradienti di rifasamento e di

spin echo deve invece aspettare l'esaurimento del

lettura. Una sequenza del tipo

segnale (30 msec) che si forma spontaneamente dopo l'applicazione dell'impulso

di eccitazione prima di poter produrre un'eco (Free induction decay).

La sequenza Gradient Echo:

più veloce della classica Spin Echo

• molto sensibile alle disomogeneità di campo indotte da sostanze metalliche

• (artefatto da suscettibilità magnetica) come ad esempio il ferro legato alle molecole di

emoglobina nei focolai emorragici. strutture

La sequenza Gradient Echo risulta molto utile anche nella valutazione di

• osteotendinee legamentose

e .

MAGNETI

Permanenti:

• Poco costosi, Bassa potenza (fino a 0,5T)

Resistivi: sono costituiti da bobine attraversate da corrente elettrica.

• Poco costosi, Bassa potenza (0,2-0,3 T)

Superconduttivi: Si basano sulla capacità di alcune sostanze di non opporre

• resistenza alla corrente elettrica, se tenuti ad una temperatura prossima allo 0 assoluto

(-273° C), utilizzando azoto liquidi o elio per il raffreddamento.

Potenti (4 T) ma costosi.

MEZZI DI CONTRASTO in RMN

Anche per la RM esistono dei mezzi di contrasto (mdc) utilizzati per modificare le proprietà

magnetiche dei tessuti e vengono distinti in:

Paramagnetici Agenti T1

:

• presentano una distribuzione non selettiva ad escrezione:

renale: gadolinio-DTPA

• epatobiliare: gadolinio-BOPTA

vengono somministrati per via parenterale

Abbreviano:

T1 : aumentando l’intensità del segnale

• T2: riducendo l'intensità di segnale

per questo di solito quando si somministra un mdc paramagnetico, le immagini

vengono acquisite in T1. Gadolino: in T1

Superparamagnetici: Agenti T2

• materiali (Ossido di ferro) agiscono solo su T2 abbreviandolo e riducendone

l’intensità di segnale.

CARATTERISTICHE RMN

VANTAGGI

Non utilizza radiazioni ionizzanti: produce immagini di tipo tomografico digitale

• utilizzando campi magnetici e radiofrequenze

Multiplanare : permette di ottenere scansioni dirette multiplanari orientabili secondo

• piani diversi, senza dover riposizionare il paziente.

La TC tradizionale è invece Monoplanare (solo assiale), ma grazie al voxel isotropico

anche la TC è diventata una tecnica Multiplanare indiretta

Multiparametrica , in quanto possono essere inviati diversi tipi di impulsi che

• modificano l'emissione dei protoni. Permette così di ottenere immagini diverse,

ognuna con informazioni aggiuntive, per ciascuna struttura anatomica.

Alta risoluzione di contrasto tessuti molli

, sopratutto per i come:

• Encefalo, midollo spinale, dischi intervertebrali, Muscoli, Tendini e legamenti.

SVANTAGGI:

Elevati costi

• Ancora poco diffusa rispetto alla Tomografia Computerizzata

• Minore risoluzione spaziale e temporale della Tomografia Computerizzata:

• valutazione diagnostica più complessa rispetto alla TC

• Tempi di acquisizione molto lunghi (30-60 minuti)

Parenchima polmonare e Ossa difficilmente valutabili perché poveri di protoni di H

• Gli oggetti metallici creano artefatti con perdita di informazioni (protesi metalliche,

• pace-maker)

DIVERSI TIPI DI RMN:

NeuroRMN funzionale

• RMN di diffusione

• RMN di perfusione

• Spettroscopia di risonanza magnetica localizzata

• di diffusione

RMN (DWI)

Tecnica sensibile alla diffusione delle molecole d'acqua su piccole distanze e alle

variazioni della mobilità delle stesse indotte dall'ischemia entro pochi minuti dall'insulto

ischemico. E' quindi un eccellente metodo per visualizzare aree di sofferenza cellulare su

base ischemica acuta, prima che il danno sia evidente nelle immagini T2-pesate.

Nelle zone ischemiche la diffusibilità dell'acqua è ridotta per:

lo spostamento di acqua dal compartimento extra- a quello intra-cellulare per

• l'alterazione della pompa Na+/K+ di membrana.

Il rigonfiamento cellulare riduce lo spazio interstiziale ed ostacola anche i movimenti

• dell'acqua extracellulare.

Questo determina un aumento focale dell'intensità del segnale per cui in DWI le aree di

infarto acuto iperintense

si differenziano chiaramente, in quanto , dal tessuto normale

(Diverso coefficiente di diffusione)

di perfusione

RMN (PWI)

Le immagini di perfusione consentono di utilizzare le modificazioni di segnale che

avvengono durante il rapido passaggio di un mezzo di contrasto paramagnetico

(Gadolino) attraverso il letto vascolare fornendo informazioni sul flusso ematico.

Esiste una correlazione lineare tra riduzione dell'intensità del segnale in T2 e concentrazione

del contrasto che viene persa in pazienti con flusso ematico cerebrale alterato:

Se il tessuto è perfuso, ci sarà una transitoria perdita di segnale nelle immagini T2

• il mezzo di contrasto rimane nel compartimento vascolare e decresce dal centro del

vaso fino ad una breve distanza fuori di esso

Se il tessuto non è perfuso produrrà un segnale più intenso rispetto alle aree perfuse.

A differenza dell’angio-RM, che visualizza il flusso ematico macroscopico (grossi vasi),

la RMN di perfusione studia il flusso ematico a livello del microcircolo tissutale.

Spettroscopia di risonanza magnetica localizzata

Permette di studiare la composizione dei tessuti, soprattutto cerebrali, e di rilevare anomalie

biochimiche indicative di patologia (soprattutto metaboliti contenenti H) che potrebbero

apparire normali con l'uso della diagnostica per immagine convenzionale.

Ogni tessuto ha uno specifico spettro di risonanza e la sua variazione patologica si evidenzia

mediante la presenza di diversi picchi (Chemical shift o spostamento chimico: si ricava

mettendo in relazione gli schermaggi dei vari nuclei con uno standard)

Colina (Cho): proviene principalmente da intermediari del metabolismo dei

• fosfolipidi come la fosfo-Cho e la glicerofosfo-Cho, importanti nella struttura e nella

funzione della membrana cellulare.

L’incremento della Cho può essere quindi riscontrato in processi di elevato

tournover cellulare di membrana come la proliferazione tumorale, processi di

disfacimento e degradazione delle membrane secondari a qualsiasi noxa patogena.

Lattato (Lac): espressione della glicolisi anaerobia, indicando condizioni tossiche

• come un consumo ipermetabolico di glucosio (aumento del metabolismo basale

tumorale, deficit della perfusione o del deflusso vascolare venoso)

Creatina (Cr): marker del metabolismo energetico

• Il particolare metabolismo basale delle cellule neoplastiche, il quale sfrutta

prevalentemente la via glicolitica, reprime l’attività enzimatica della creatin-chinasi,

riducendo la concentrazione cellulare del complesso Cr/PCr.

N Acetil Aspartato (NAA): marker dei neuroni e delle loro componenti incluso i

• dendridi, per cui quando il tessuto cerebrale è danneggiato o è sottoposto ad un

processo distruttivo, degenerativo o infiltrativo esso si riduce marcatamente

Mioinositolo : marker astrocitario

• Aumentato nella sclerosi multipla e ridotto nell'encefalopatia epatica e ipossica,

nell'ictus e nei tumori

Molto utilizzato nell'Encefalo e nelle Neoplasie prostatiche*

Diversi tipi di RMN g Diversi parametri:

RMN tradizionale: T1, T2, Densità protonica

• RMN di diffusione: Diffusione delle molecole d'acqua

• RMN di perfusione: Perfusione del mdc

• Spettroscopia di risonanza magnetica localizzata: Chemical shift

• RISONANZA MAGNETICA:

I nuclei di alcuni atomi immersi in un campo magnetico statico (CMS) rilasciano

energia se perturbati da un campo elettro-magnetico oscillante a frequenza opportuna.

Se si riesce a captare questa energia (segnale) si possono dedurre informazioni

strutturali e dinamiche del campione in esame.

In particolare nella risonanza magnetica si sfrutta il fenomeno della magnetizzazione

dei nuclei di idrogeno (protoni). Questi infatti in condizioni normali ruotando su se

stessi danno origine ad un campo magnetico casualmente orientato nello spazio.

Per questa ragione, pur essendo costituiti da atomi aventi un campo magnetico, i

sistemi biologici non risultano magnetizzati perché per ogni campo magnetico ne

sarà statisticamente presente un altro orientato in direzione opposta, perciò il vettore

risultante avrà intensità pari a zero.

Non tutti i nuclei sono osservabili tramite uno strumento NMR. Un nucleo per essere

“ NMR attivo” deve avere una proprietà particolare: lo SPIN, ovvero lo spin non

deve essere nullo. Lo SPIN e’ una proprietà fondamentale delle particelle,

analogamente alla massa e alla carica elettrica. In meccanica quantistica lo spin

rappresenta il momento angolare intrinseco associato alle particelle. I possibili valori

dello SPIN sono multipli interi di ½.

Le componenti fondamentali del nucleo atomico (protoni e neutroni) hanno spin ½;

anche l’altro componente fondamentale dell’atomo, l’elettrone, ha spin ½

Si noti che quando elettroni, protoni e

neutroni sono correttamente “appaiati” il loro

spin si neutralizza (per il principio di

esclusione di Pauli, secondo il quale un

orbitale può contenere due particelle

subatomiche che devono però differire per il

loro numero di spin, che può essere + ½ o –

½). Quando però esistono dei protoni o

neutroni “spaiati” lo spin non viene

neutralizzato e assumerà un valore diverso da

zero.

Sotto l’ influenza del campo magnetico esterno i campi magnetici protonici perdono

il loro orientamento casuale e si orientano nella direzione del campo magnetico , con

un verso che può essere:

- parallelo (stesso verso del campo magnetico)

- Antiparallelo (verso opposto rispetto al campo magnetico)

Poiché l’ orientamento antiparallelo è energeticamente più dispendioso, ogni

10.000.000 di protoni antiparalleli sono presenti 10.000.007 protoni paralleli

poiché sotto l’

Questa piccolissima differenza è ciò di cui si basa la RMN

influenza del CMS un sistema biologico si trasforma anch’esso un un magnete dato

che la risultate del campo magnetico interno non sarà più nulla, ma sarà uguale alla

somma dei moduli dei sette protoni paralleli in eccesso. Oltre a questo orientamento, i

protoni assumono anche un movimento di precessione attorno all’ asse del campo

magnetico, dotato di una determinata frequenza.

Questo fenomeno prende il nome di magnetizzazione macroscopica ed è una

grandezza vettoriale (si noti che questo vettore possiede solamente una

magnetizzazione longitudinale mentre non ne possiede una trasversale, ovvero

quella associata al movimento di precessione, perché come nel caso dello spin tutti i

protoni sono in una fase della precessione casuale e quindi nella risultante i diversi

movimenti di precessione si annullano l’ uno con l’ altro).

Una volta indotta la magnetizzazione macroscopica è necessario introdurre un

elemento di perturbazione nel campo magnetico che sarà costituito da una

radiofrequenza avente frequenza uguale a quella del movimento di precessione dei

protoni (solo così questi ultimi potranno accettare questa energia – fenomeno della

risonanza).

Questa radiofrequenza viaggia su un piano ortogonale rispetto a quello su cui giace il

vettore di magnetizzazione e sortisce due effetti:

- riduzione della magnetizzazione longitudinale: la cessione di energia

stimola alcuni protoni a passare allo stato energetico meno favorito (più

dispendioso) ovvero quello antiparallelo, determinando una diminuzione del

modulo del vettore longitudinale

- comparsa della magnetizzazione trasversale: La radiofrequenza ha anche l’

effetto di “ordinare” il movimento di precessione dei protoni, che si svolgerà

ora in fase e non più in completa casualità. Sotto queste condizioni il modul del

vettore trasversale non sarà più uguale a zero ma sarà uguale alla somma dei

soliti sette protoni ogni venti milioni.

Una volta indotta la perturbazione del sistema, al cessare della stessa si assiste alla

fase di rilassamento, nella quale:

- il tempo necessario alla ricomparsa della magnetizzazione longitudinale (o

meglio del 63% di questa componente, poiché non si può aspettare che ne

ricompaia il 100%) viene definito T1 ed è alla base delle sequenze T1 pesate

- Il tempo necessario alla scomparsa della magnetizzazione trasversale viene

definito tempo di rilassamento trasversale, T2, ed è alla base delle sequenze

T2 pesate.

T1 e T2,insieme alla densità protonica (DP) sono i tre parametri utilizzati in RMN,

ragion per cui questa tecnica viene definita multiparametrica.

La risonanza magnetica è anche una tecnica multi planare, poiché in grado di

lavorare direttamente su più piani, mentre la TC è diventata multi planare (è quindi

una tecnica multiplanare indiretta) grazie al voxel isotropico.

La visualizzazione dei diversi tessuti è diversa se eseguita in T1, in T2 o in densità

protonica, quindi:

Nelle sequenze T1 pesate le zone più chiare indicano zone a più basso T1. Il tessuto

adiposo ha un T1 molto basso e quindi appare iperintenso in T1, ed è seguito da (in

questo ordine):

- Midollo Osseo

- Sangue stazionario

- Cartilagine ialina

- Tumori

- Muscolo

- Urina

- Legamenti-Tendini

- Osso compatto

- Aria (il più scuro)

Nelle sequenze T2 pesate le zone più chiare indicano zone a più alto T2. I liquidi

(come ad esempio il sangue stazionario) hanno un T2 molto alto e quindi appaiono

iperintensi in T2, seguiti da:

- Tumori

- Urina

- Grasso sottocutaneo

- Midollo osseo

- Cartilagine ialina

- Muscolo

- Legamenti-Tendini

- Osso compatto

- Aria.

Sequenze di impulsi:

Gli impulsi di radiofrequenza che vengono diretti verso il paziente nell’ esame RM

sono più di uno e vengono raggruppati in sequenze, che si distinguono in classiche e

veloci.

Fra le prime la più diffusa è la sequenza spin-echo, che da un impulso a 90° rispetto

al vettore campo magnetico seguito da uno a 180°, per velocizzare il rilassamento.

Si misura poi il segnale proveniente dai tessuti dopo un certo tempo, detto tempo di

eco, e infine si ripete l’ invio degli impulsi dopo un tempo detto tempo di

ripetizione. Questa sequenza è polifunzionale e permette di ottenere tutte le pesature

modificando i due parametri di cui sopra. L’ unico svantaggio è che il lungo tempio

di esecuzione (circa 10 minuti) non permette lo studio di organi in movimento.

Le sequenze veloci sono molte e non tutte sono polifunzionali, permettendo di

ottenere una sola pesatura, ma permettono di esplorare un distretto anatomico in

appena 25 secondi.


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Selena89

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+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in medicina e chirurgia (ordinamento U.E. - 6 anni)
SSD:
Università: Catania - Unict
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Selena89 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Diagnostica per immagini e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Catania - Unict o del prof Medicina Prof..

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