Dispositivi medicali e diagnostici

Domande orale dispositivi 07/04/2025

1) Risonanza, cosa si intende: Amplifico la frequenza di qualcosa che si oscillava

Quello che va in risonanza è il moto di precessione,

- Spin

- Momento ruota attorno a se stesso e attorno ad un asse vericale (direz. del campo B)

Gli atomi di idrogeno possiedono un momento magnetico proprio, derivante dallo spin del

nucleo, che si comporta come un dipolo magnetico. Questo momento magnetico ha due

componenti: una assiale, lungo la direzione del campo magnetico B0, e una trasversale, ortogonale

a tale direzione. La precessione può essere paragonata al comportamento di un giroscopio nel

campo gravitazionale terrestre, analogia utile per comprendere la magnetizzazione in un campo

magnetico esterno. Il campo magnetico costante prodotto dal magnete nello scanner è indicato con

B0, e può variare da 0.015 a 0.3 Tesla nei magneti resistivi, fino a 0.5–3 Tesla nei superconduttori.

Quando i protoni dell’idrogeno si allineano al campo magnetico B0, si muovono secondo un moto

oscillatorio chiamato precessione, la cui frequenza, detta frequenza di Larmor, dipende

dall’intensità del campo magnetico e dalla costante giromagnetica dell’atomo. La formula che

descrive questa relazione è ω = γB, dove ω è la frequenza di Larmor, γ è il rapporto giromagnetico

(per l’idrogeno pari a 42.6 MHz/T) e B è il campo magnetico. I nuclei allineati parallelamente al

campo magnetico generano un momento magnetico netto M0. La precessione del nucleo attorno

al campo magnetico applicato avviene con una frequenza angolare risonante ω0. Nel sistema di

riferimento del laboratorio si osserva il momento magnetico ruotare attorno a B0 con una

magnetizzazione netta nella direzione z, mentre nel sistema di riferimento rotante, che ruota alla

frequenza di precessione, il momento magnetico appare statico e si osservano tutte le sue

componenti. In questo sistema, M0 corrisponde a Mz. Per i nuclei di idrogeno in un campo MRI di

1.5 T, la frequenza di risonanza è circa 64 MHz. Quando si applica un campo magnetico oscillante

alla frequenza di risonanza, i momenti magnetici nucleari si ribaltano in un piano perpendicolare al

campo applicato. Una volta rimosso il campo di eccitazione, i momenti magnetici si riallineano

lungo il campo B0.

Secondo la legge di Faraday, una tensione viene indotta in una bobina quando il campo magnetico

cambia nel tempo, sia per il movimento del magnete vicino a un conduttore stazionario, sia per il

movimento del conduttore in un campo magnetico stazionario. Il segnale MRI si genera quando,

dopo lo spegnimento del campo B1, la variazione del momento magnetico M induce una corrente

alternata nella bobina alla frequenza di Larmor. Se molti atomi di idrogeno sono eccitati e ruotano

in fase nel piano xy, si genera un campo magnetico variabile che può essere rilevato da un’antenna

grazie alla legge di induzione di Faraday. Il segnale MRI, noto come decadimento da induzione

libera (FID), decresce nel tempo a causa del rilassamento, con un andamento sinusoidale modulato

da un’inviluppo T2.

Dopo l’eccitazione, quando il campo B1 viene spento, gli spin subiscono un rilassamento sia

trasversale che longitudinale, ciascuno con velocità diverse. Il rilassamento trasversale, detto T2 o

spin-spin, corrisponde alla perdita di fase tra spin vicini e causa la diminuzione di Mxy. Il

rilassamento longitudinale, detto T1 o rilassamento reticolare, comporta l’aumento di Mz dopo

l’eccitazione. Il tempo di rilassamento T1 è il tempo necessario affinché i nuclei perturbati si

riallineino con la struttura reticolare del materiale. Questo processo segue un’equazione

esponenziale negativa, e M raggiunge il 63% del suo valore massimo M0 per t = T1, avvicinandosi

al massimo per t = 5 × T1. Il rilassamento T2 rappresenta il tempo necessario affinché la

magnetizzazione trasversale decada al 37% del suo valore iniziale. T2 è più veloce di T1, e

entrambi i tempi sono sensibili alla struttura molecolare e all’ambiente circostante. Nei tessuti

biologici, i tempi T2 dell’idrogeno variano da 0.04 a 2 secondi, mentre i tempi T1 vanno da 0.5 a 5

secondi.

Il processo MRI si articola in diverse fasi: posizionamento del paziente nel campo magnetico,

trasmissione di onde a radiofrequenza (RF) per 2–10 ms, spegnimento della trasmissione RF,

ricezione delle onde RF ritrasmesse dal paziente e conversione dei dati ricevuti in immagine. In un

campo magnetico statico, non è possibile determinare la provenienza del segnale MRI, poiché tutti

gli atomi di idrogeno precessano alla stessa frequenza. Per risolvere questo problema si utilizzano i

gradienti magnetici, ottenuti tramite anelli di filo su un guscio cilindrico all’interno dello scanner.

Questi gradienti distorcono il campo magnetico principale, facendo variare la frequenza di

risonanza dei protoni in base alla posizione e permettendo così la codifica spaziale del segnale MRI.

2) Tempo di rilassamento T1 e T2 , in base a cosa vengono fissate le percentuali? Pk arriva al 63%?

 T1 (rilassamento longitudinale): tempo necessario affinché il vettore di magnetizzazione

torni al 63% del suo valore massimo lungo l’asse z (direzione del campo magnetico

principale B₀).

T2 (rilassamento trasversale): tempo in cui la componente del vettore di magnetizzazione

 nel piano x-y si riduce al 37% del suo valore iniziale, a causa della perdita di coerenza di

fase tra gli spin.

Tessuti con alta densità molecolare (es. muscolo) tendono ad avere T1 e T2 più brevi.

Tessuti con maggiore contenuto di acqua libera (es. liquido cerebrospinale) mostrano T1 e T2 più

lunghi.

Il gadolinio accorcia significativamente T1.

3) Come calcolare il diametro di uno stent:

lo stent, una maglia metallica che prende il nome dal suo inventore. Lo stent aiuta a mantenere aperta la zona danneggiata, fornendo un

rinforzo oltre alla deformazione plastica. Anche in questo caso, si utilizza una guida che deve rimanere al centro del vaso per non

danneggiare l’endotelio, sotto il quale si trovano collagene e piastrine.

Per mantenere la parete del vaso in posizione, si inserisce una maglia metallica. Questa viene posizionata sopra un palloncino che, una

volta gonfiato, dilata anche la maglia in modo plastico. Quando il palloncino si sgonfia, la maglia rimane in posizione.

Il materiale dello stent non è comune, poiché deve evitare la fase elastica e plastica fino allo snervamento. È necessario che il materiale

mantenga le sue proprietà meccaniche dopo la dilatazione, esercitando una forza sulla parete del vaso che oppone resistenza.

Allora, è meglio impiegare delle leghe metalliche che non subiscono snervamento a fatica ma che offrono una buona resistenza

meccanica:

• Acciai inossidabili

• Leghe cromo cobalto

• Leghe Ni-Ti

• Leghe Ni-Ti + ePTFE: stent all’inizio, protesi e stent che si dilata alla fine

La maglia è composta da un filo principale e da fili secondari di collegamento. Lo sforzo si concentra in un punto, dilatando la maglia che poi

rimane in questa posizione.

La geometria semplice dello stent può essere ottenuta tramite intaglio utilizzando CAD. si parte da un tubo e si ottiene la geometria

desiderata rimuovendo il materiale tra le barrette, utilizzando una tecnica di produzione per asportazione tramite CAD.

Si effettua un'ossidazione passiva, dove lo strato di ossido si stabilizza per resistere alla corrosione e adattarsi all'ambiente circostante.

Vantaggi:

• Previene l’occlusione acuta (no fallimento dell’intervento appena si rimuove il palloncino)

• Impedisce il distacco di flap intimali

• Riduce la restenosi (30-50%) Riduce la ripetizione delle procedure



• Riduce le complicanzeù

Funzionamento dello stent: Lo stent è una maglia che passa da compatta a dilatata, deformandosi in una zona,

permettendo di passare da un diametro di 2 mm a uno di 8 mm. Il materiale deve deformarsi e resistere; per

evitare la rottura, deve comportarsi in modo complesso durante la prova a trazione.

La prima parte della deformazione è elastica (relazione lineare). Successivamente, il materiale subisce una

deformazione plastica, allungandosi significativamente. invece di rompersi, il materiale presenta una resistenza

elastica (resiste alla forza del vaso che tende a richiuderlo, permettendo una maggiore dilatazione). Infine, si

verifica una deformazione plastica più elevata e la rottura.

Determinazione della rigidezza radiale necessaria per espandere la parte stenotica dell'arteria

Ep,v rappresenta la proprietà elastica del vaso, determinata mettendo in relazione la variazione del

diametro con la pressione applicata. La rigidezza del vaso aumenta quando è danneggiato, quindi il

modulo elastico nel tratto danneggiato è diverso. Semplificando in questo modo la geometria della

placca, avremo la possibilità di svolgere alcuni calcoli e compiere diverse considerazioni. Nel nostro caso

avremo la possibilità