Risonanza magnetica nucleare. Sequenze di eccitazione

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1 Risonanza magnetica nucleare Sequenze di eccitazione

2 Riepilogo RM Consideriamo degli atomi di idrogeno Applichiamo un campo magnetico statico B 0 Si genera un vettore di magnetizzazione M z I nuclei precedono intorno all'asse z con frequenza di Larmor Ω Applichiamo un eccitazione B 1 : campo magnetico rotante a frequenza di Larmor per un tempo δt Impulso α=γ δt B 1 Misuro un FID: sinusoide a frequenza di Larmor, di ampiezza proporzionale a ρ e sin α, che va a zero con costante di tempo T 2 *

3 Sequenze di eccitazione Dal FID si possono ricavare soltanto ρ e T 2 * ρ varia poco tra un tessuto e l'altro T 2 * dipende anche dallo strumento Il livello del segnale misurato e' basso Si utilizzano sequenze di eccitazione (α 1 - t 1 - α 2 - t 2... α m - t m ) n TR = durata totale della sequenza Si sommano n acquisizioni per migliorare il SNR Immagini che dipendano da T 1 e T 2

4 Saturation Recovery Enfatizza la dipendenza da T 1 Impulsi a 90 o separati da un tempo TR Cosa succede se applico un secondo impulso prima che l'equilibrio si sia ristabilito?

5 Saturation Recovery Enfatizza la dipendenza da T 1 Impulsi a 90 o separati da un tempo TR I FID successivi hanno ampiezza proporzionale a: [ 1 exp T R T1 ]

6 Spin Echo Lo Spin Echo enfatizza T1 e/o T2 90 o - T E /2-180 o - T' y x T=0: Gli spin sono allineati lungo l'asse x

7 Spin Echo Lo Spin Echo enfatizza T1 e/o T2 90 o - T E /2-180 o - T' s y V L x T=T E /2: Gli spin hanno percorso un angolo θ e non sono perfettamente allineati (T 2 *). Alcuni spin sono ad un angolo diverso (T 2 )

8 Spin Echo Lo Spin Echo enfatizza T1 e/o T2 90 o - T E /2-180 o - T' y T=T E /2 (dopo l'impulso): s V L x le posizioni di tutti gli spin sono capovolte rispetto all'asse x Gli spin piu' veloci si trovano piu' indietro

9 Spin Echo Lo Spin Echo enfatizza T1 e/o T2 90 o - T E /2-180 o - T' y L V x T=T E : Spin lenti e veloci si sono riallineati Il segnale e' pero' diminuito a causa delle interazioni spin-spin (T 2 ) s

10 Spin Echo Lo Spin Echo enfatizza T1 e/o T2 90 o - T E /2-180 o - T' Il FIDha ampiezza proporzionale a: [ 1 exp T R T1 ] exp T E T 2

11 Inversion Recovery 180 o - T i - 90 o - T' Il FIDha ampiezza approssimativamente proporzionale a: [ 1 2exp T i T1 exp T R T 1 ]

12 Gradient Echo P fase B 0 T E -G x (Ω - γ G x x)t E G x (Ω + γ G x x 0 )τ

13 Sequenze rapide Per consentire acquisizione di fenomeni dinamici o di grandi volumi, è necessario ridurre i tempi di acquisizione La gradient-echo consente di ridurre il flip angle e quindi la durata della singola acquisizione Acquisizioni rapide richiedono l'utilizzazione di sequenze particolari

14 Mezzi di contrasto Magnetofarmaci: modificano il tempo di rilassamento degli atomi circostanti Mezzo di contrasto indiretto Due tipologie: Agenti paramagnetici (Gd): riducono T 1 Agenti superparamagnetici (ossidi di ferro): riducono T 2

15 Angiografia a tempo di volo

16 Angiografia a tempo di volo

17 Angiografia a contrasto di fase P frequenza fase B 0 τ G x Ω + γ G x x 0 (Ω + γ G x x 0 )τ τ -G x Ω - γ G x x 0 (Ω - γ G x x 0 )τ Angolo totale: 2 Ω τ

18 Angiografia a contrasto di fase P 1 P 2 frequenza fase B 0 τ G x Ω + γ G x x 1 (Ω + γ G x x 1 )τ τ -G x Ω - γ G x x 2 (Ω - γ G x x 2 )τ Angolo totale: 2 Ω τ + γ G x (x 1 - x 2 )τ

19 Angiografia a contrasto di fase P 1 P 2 frequenza B 0 τ G x Ω + γ G x x(t) τ -G x Ω - γ G x x(t) Angolo totale: 2 Ω τ + γ G x v τ

20 Angiografia a contrasto di fase B 0 P 1 P 2 B 0 P 1 P 2 y B A τ G x x τ -G x Angolo totale: γ G x v τ

21 Angiografia con mezzo di contrasto Si inietta un mezzo di contrasto paramagnetico (Gd) Il mezzo di contrasto riduce T 1 del sangue Si acquisisce immagini pesate T1 Basso tempo di acquisizione Indipendente dalla flusso e dalla direzione di moto Eliminazione di artefatti da movimento

22 Effetto BOLD L'emoglobina ossigenata e deossigenata hanno risposta diversa L'attivazione cerebrale comporta consumo di ossigeno I sistemi metabolici aumentano l'irrorazione per alimentare le cellule Tramite RM è possibile visualizzare l'aumento di emoglobina

23 Componenti hardware

24 Esempio - confronto Per la diagnosi di alcune patologie si hanno a disposizione più tecniche Tumore alla mammella fra le diverse tipologie di tumore ha il più alto tasso di incidenza nella popolazione femminile se individuato nelle prime fasi di insorgenza: tasso di guarigione vicino 100%

25 Mammografia Il mammografo è uno strumeto dedicato per la diagnosi di questa patologia

26 Problematiche Compressione della mammella fondamentale nell esecuzione dell esame per: rendere costante lo spessore della mammella con maggiore uniformità del fascio di radiazioni ; distendere il tessuto per evitare fenomeni di sovrapposizione; far si che tutte le strutture della mammella si trovino più vicine al piano di formazione dell immagine con una riduzione del fenomeno di sfocatura geometrica;

27 Diagnosi Microcalcificazioni: granuli di calcio di dimensione da 0.3 a 1mm masse: addensamenti di ampia dimensione ma basso contrasto screening: problemi per falsi negativi

28 Risonanza al seno La metodica richiede l'utilizzo di un mezzo di contrasto: a sx: prima dell'iniezione al centro 5 min dopo l'iniezione a dx: differenza

29 Confronto RX Risonanza radiazioni ionizzanti mezzo di contrasto screening/diagnostica diagnostica buona sensibilità (ma richiede presenza di microcalcificazioni) problemi con protesi alta sensibilità ma bassa specificità (metastasi) costoso