Risonanza Magnetica

RILASSAMENTO

Alla sospensione dell’impulso di radiofrequenza può avvenire il campionamento del segnale RM

utile per la creazione dell’immagine:

Una volta cessato l’impulso RF si verifica:

1) la progressiva desincronizzazione della precessione dei protoni, con conseguente

decadimento della magnetizzazione trasversale; > perdita di MMT (T2)

2) il ritorno ad un livello energetico basso da parte dei protoni che avevano subito

un’inversione di 180°. > recupero di MML

In ambedue i casi si parla di rilassamento durante il quale si generano degli impulsi

misurabili tramite una bobina che funge da antenna ricevente (oltre che da emettitrice

di RF).

Il rilassamento dei protoni avviene con due costanti di tempo distinte:

rilassamento spin-reticolo

la prima, definita T1 ( *), indica la rapidità con cui

 si ricostituisce il momento M del campo B0; può essere rappresentata da una

funzione esponenziale (curva di ACCRESCIMENTO esponenziale) (fig. 1);

rilassamento spin-spin

la seconda, definita T2 ( ), indica il tempo di

 annullamento della componente di magnetizzazione trasversale determinata

dalla sincronizzazione di fase dei movimenti di precessione; anch’essa può

essere rappresentata da una funzione esponenziale (curva di DECREMENTO

esponenziale) (fig. 2).

*Il reticolo (o lattice) è il sistema di atomi e molecole in moto di cui fanno parte gli

spins.

Fig. 1: Rilassamento T1 (spin-reticolo) Fig. 2: Rilassamento T2 (spin-

spin)

Ponendo nel piano x-y una bobina ricevente, il moto del vettore M induce ai capi di

questa una forza elettromotrice, che rappresenta il segnale RM. L’andamento di

questo segnale, chiamato FID (free induction decay, segnale di decadimento della

magnetizzazione trasversale) decade con una costante di tempo pari a T2 e con

intensità proporzionale alla grandezza della magnetizzazione trasversale.

Il segnale RM dipende dai parametri T1, T2, e dal numero totale di protoni

provvisti di spin per unità di volume (densità protonica – DP): questi sono

definiti parametri intrinseci (sono espressivi delle caratteristiche del tessuto). Il T1

ed il T2 sono i più importanti fattori che regolano il contrasto del segnale di RM ed il loro

contributo può essere modulato; esistono diversi sistemi di invio degli impulsi di radiofrequenza

sequenze

e di ricezione del segnale (che vengono definite di impulsi) la cui scelta consente di

ottenere immagini che risentono in modo differente dei vari parametri. L’operatore può

modificare cioè i fattori estrinseci in modo da variare il peso dei parametri intrinseci nella

costruzione dell’immagine. Mentre il valore di densità protonica nei diversi tessuti può variare

entro limiti alquanto ristretti, il T1 e T2 possiedono un range di variabilità tissutale

sensibilmente maggiore: è evidente il vantaggio di costruire immagini basate sui tempi di

rilassamento dei tessuti qualora si vogliano stabilire condizioni di contrasto ideali.

I parametri (estrinseci ed operatore dipendenti) che influenzano il risultato

Time to Repeat

dell’immagine sono i tempi (TR: tempo di ripetizione dell’impulso,

Time of Echo

intervallo tra ogni invio) e (TE: intervallo tra l’inizio della

sequenza e il campionamento del segnale) che possono essere lunghi o brevi.

Mediante la combinazione di TR e TE lunghi o brevi, si avranno immagini pesate in T1,

in T2 o in DP.

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

Gradient Echo (GE). Le sequenze Spin Eco sono sequenze di acquisizione lente (min)

ma il segnale è intenso e puro, permettono immagini di elevato dettaglio morfologico

con elevata risoluzione spaziale e di contrasto. Le sequenze Gradient Eco sono

caratterizzate da tempi di acquisizione ridotti e raccolta di un segnale meno intenso e

puro.

La RM è una metodica sensibile al movimento dei nuclei di idrogeno ed è quindi in grado di

identificare e quantificare i flussi biologici. Questa caratteristica consente di ottenere immagini

simil-angiografiche dei flussi ematici senza l’impiego di mezzo di contrasto (queste tecniche

sono dette di angio-RM senza mdc o

convenzionali per distinguerle da quella con mdc).

Oltre che per i flussi macroscopici, la RM può essere utilizzata anche nell’analisi dei flussi

microscopici come quelli di perfusione e diffusione.

La RM di perfusione, mediante l’impiego di sofisticate sequenze di impulsi e di mezzo di

contrasto, studia i flussi del microcircolo ematico. Questa tecnica consente anche una

valutazione quantitativa della vascolarizzazione ed

ha trovato molte applicazioni per esempio nello studio delle patologie cerebrali.

La RM di diffusione evidenzia i moti delle molecole di acqua tissutali calcolando il coefficiente

di diffusione apparente (ADC) dell’acqua libera. Tali sequenze di diffusione sono, ad esempio,

utili nella individuazione di lesioni ischemiche cerebrali in fase precoce o nella valutazione delle

lesioni neoplastiche.

Infine un altro fattore che condiziona il segnale in RM è la suscettibilità magnetica (SM) di

una sostanza, cioè la proprietà di influenzare il campo magnetico statico. La SM può essere

positiva se viene generata una magnetizzazione che si somma a quella del CMS, negativa nel

caso opposto. Esempi di sostanze dotate di suscettibilità magnetica positiva sono i cataboliti

dell’emoglobina che appaiono tipicamente iperintensi

nelle sequenze T1w. Anche i mezzi di contrasto di comune impiego in RM, come vedremo, sono

costituiti da sostanze dotate di SM positiva.

Immagini T1-pesate

tempo di rilassamento longitudinale

Il T1 o è una misura del tempo richiesto ai

protoni per tornare alle condizioni di equilibrio iniziale, grazie alla cessione di energia

al microambiente circostante (reticolo).

Il parametro temporale T1 tempo di rilassamento longitudinale),

(o specifico per ogni molecola,

è espressione del fenomeno del rilassamento spin-reticolo e cioè dell’efficienza degli scambi

termodinamici di energia fra i protoni eccitati ed il microambiente circostante che oscilla ad

liquidi e le molecole poco idratate

una velocità caratteristica. Così i (es. tessuto fibrotico)

oscillano ad una frequenza rispettivamente maggiore e minore di quella di precessione dei

nuclei di idrogeno intorno al CMS, lo scambio di energia avviene più lentamente e il

T1 lungo

ripristino della MML è lento con scarso segnale finale (sono tessuti con ed appaiono

ipointensi). lipidiche iperintense

Le molecole appaiono invece poiché hanno una frequenza di

T1 breve.

oscillazione vicina a quella di precessione dell’H e quindi un Gli altri tessuti a seconda

dello stato di idratazione e delle dimensioni delle macromolecole che li costituiscono generano

.

un segnale intermedio fra questi due estremi

Per ottenere una sequenza SE T1-pesata, si usa un TR breve associato ad un TE

breve. Quanto minore è il TR tanto maggiore sarà la dipendenza del segnale da T1.

Schema di sequenza SE T1-pesata su due tessuti A e B

Immagini T2-pesate

tempo di rilassamento trasversale

Il T2 o è una misura del tempo impiegato dallo

spin dei protoni per desincronizzarsi. Questa progressiva desincronizzazione determina

l’annullamento della magnetizzazione trasversale.

tempo di rilassamento T2

Il (o tempo di rilassamento trasversale o spin-spin) descrive la

velocità di riduzione della magnetizzazione trasversale dopo la cessazione di un impulso di RF.

Tanto più lungo è il T2 di una sostanza,

quanto più MMT residua viene rilevata ed il segnale RM è intenso. T2 è espressione

dell’omogeneità magnetica del sistema e quindi degli scambi elettromagnetici tra spin e spin.

liquidi, T2 lungo, mantengono a lungo la coerenza di fase,

Ad esempio i possedendo un

tessuti solidi,

appaiono iperintensi mentre ricchi di macromolecole (fibrosi, osso corticale),

hanno un grado di omogeneità magnetica inferiore che causa un dissipamento più rapido della

breve T2 basso segnale.

MMT, cioè un ed un Genericamente: il T2 sarà tanto più breve quanto

minore la quantità di acqua (libera). L’acqua ha, quindi, un T2 lungo. I liquidi o, comunque, i

.

tessuti molto idratati, appaiono bianchi brillanti nelle immagini T2-pesate

Per ottenere una sequenza SE T2-pesata, si usa un TR lungo associato ad un TE

lungo. Tanto più lungo è il TE quanto maggiore la dipendenza dell’immagine

da T2.

Ad esempio particolari sequenze fortemente T2 pesate sono impiegate per evidenziare i fluidi

stazionari contenuti nel sistema bilio-pancreatico consentendo di ottenere immagini

colangiografiche delle vie biliari e (Colangio-pancreatografia - RM).

pancreatiche senza impiego di mezzo di contrasto

Schema di sequenza SE T2-pesata su due tessuti A e B

Immagini DP-pesate

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

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

Per ottenere una sequenza SE DP-pesata, si usa un TR lungo associato ad un TE breve.

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.

Gradiente magnetico

Durante l’acquisizione del segnale oltre al CMS vengono applicati dei piccoli campi magnetici

Gradienti Magnetici

aggiuntivi variabili nelle tre dimensioni spaziali (x, y e z) detti generati da

particolari bobine poste all’interno del

gantry. Per la legge di Larmor le frequenze di risonanza dei nuclei di H varieranno lungo la

direzione del gradiente e pertanto diventeranno differenziabili in funzione della loro posizione

nei tre assi dello spazio. codifica spaziale del segnale

Questo processo è denominato e consente di effettuare una

precisa localizzazione del segnale di RM proveniente dai vari voxel.

Grazie a questa particolarità metodologica, si possono ottenere piani di scansioni a

piacere senza la necessità di spostare il paziente. L’orientamento dei gradienti magnetici

e quindi il piano di acquisizione delle immagini può essere scelto a piacimento anche su un

piano obliquo diverso dai tre assi ortogonali dello

multiplanare

spazio. La RM è quindi una metodica che consente di scegliere le varie scansioni

da effettuare in rapporto alla regione anatomica in esame. Oltre alle tecniche di acquisizione

bidimensionali (strato per strato) esistono anche tecniche tridimensionali 3D che acquisiscono

un intero volume corporeo con successiva ricostruzione di sezioni sottili. Oltre che multiplanare

multiparametrica

la tecnica di RM è anche p