Risonanza Magnetica Nucleare

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1 Risonanza Magnetica Nucleare Tecnologia Componenti di un tomografo a RM Tipi di magnete Schermatura del campo magnetico e della RF Bobine di gradiente e bobine RF

2 Componenti di un tomografo a RM Magnete Bobine a RF Gradienti

3 Tomografo a RM

4 Magnete Caratteristiche Apertura adeguata Stabilità temporale Elevata intensità di campo 0.2 T Omogeneità spaziale

5 Intensità del campo magnetico ELEVATA intensità di campo consente: Maggior rapporto Segnale/Rumore Miglior qualità immagine Minor tempo di acquisizione Utilizzo ottimale di sequenze standard e di sequenze avanzate

6 Rapporto Segnale/Rumore

7 Omogeneità del campo magnetico L omogeneità del campo è normalmente espressa in parti per milione (ppm) 1 ppm = Frequenza (Hz) Frequenza di Risonanza (MHz) La misura dell omogeneità quantifica gli scostamenti dal valore nominale di B 0

8 Omogeneità di B 0 e Shim Le inomogeneità di B 0 determinano una errata codifica spaziale Omogeneizzazione (Shim) di B 0 PASSIVO: Introduzione mirata di sottili barre di ferro nel magnete ATTIVO: Sistema di bobine (SHIM COILS) posizionate su un tubo di supporto introdotto nel foro del magnete. Il passaggio di corrente nelle spire genera campi magnetici che compensano le inomogeneità locali

9 Magneti PERMANENTI B 0 è un grande blocco di lega ferromagnetica RESISTIVI B 0 è generato dal passaggio di corrente elettrica in spire coassiali di materiale conduttore A SUPERCONDUZIONE B 0 è generato da un superconduttore a criogenica

10 Magneti Permanenti Sono costituiti da materiale ferromagnetico Non richiedono alimentazione elettrica Bassa intensità di campo < 0.3T Campo disperso limitato Molto pesanti (0.2 T pesa 10 4 kg) Buona omogeneità, ma molto sensibili alla temperatura Costi operativi minimi

11 Magneti Resistivi Elettromagneti costituiti da spire in rame Richiedono un elevata potenza - Intensa dissipazione di calore - Necessità di un raffreddamento efficace - Costi elevati di mantenimento Bassa Intensità di campo < 0.5T Campo disperso medio Pochi problemi di installazione Tempi di accensione lunghi

12 Magneti a Superconduzione Elevata Intensità di campo (0.5T - 9T) Elevata omogeneità Maggior volume Richiedono l uso di liquidi criogenici Costi elevati Campo disperso elevato Spire in lega Niobio-Titanio (T critica = 9 K) raffreddate con elio liquido (T evaporazione = 4,6 K)

13 Magnete Chiuso Superconduttore : campi medi o alti (0.5 T T) Tecnologia consolidata Alto costo iniziale Bo

14 Magnete Chiuso superconduttore geometria solenoidale campo longitudinale

15 Magnete Aperto resistivo permanente superconduttore geometria a C campo verticale

16 Magnete Aperto Permanente Guscio in metallo Isolamento termico Poli del magnete Bo

17 Magnete Aperto Resistivo Guscio di metallo a C Bobine del campo magnetico Raffreddamento ad acqua Bo

18 Magnete Aperto a superconduzione

19 Magnete Aperto Superconduttivo: T Problemi di contenimento del campo in direzione verticale Qualche problema sui gradienti (l apertura è più ampia, quindi devono essere più intensi) Tutte le applicazioni del campo alto sono possibili

20 Schermatura Magnetica Necessaria per limitare il campo disperso e isolare il magnete in un area ad accesso controllato SCHERMATURA PASSIVA rivestimento delle pareti del locale RM con ferro o acciaio SCHERMATURA ATTIVA tramite bobine superconduttive addizionali che, percorse da corrente, generano un campo aggiuntivo contrapposto a B 0

21 Schermatura RF Scherma la sala magnete da sorgenti esterne di RF e viceversa Gabbia di Faraday Schermatura delle pareti, del pavimento e del soffitto

22 Gradienti Bobine lungo gli assi x, y, z del magnete, che generano nei 3 piani dello spazio campi magnetici variabili linearmente nel tempo che, sovrapposti al campo magnetico principale B 0, consentono la codifica spaziale dei segnali (frequenza e fase)

23 Gradienti Individuazione dello strato paziente Strato corporeo da indagare Gradiente di campo magnetico Z

24 Gradienti Y X Z X gradient coils Static field magnetic coil Y gradient coils Z gradient coils Caratteristiche dei Gradienti Intensità Tempo di salita Ciclo di utilizzo Linearità A parità di impulso a RF, la sezione è tanto più sottile tanto più intensi i gradienti

25 Intensità dei Gradienti IERI mt/m per RM tradizionale mt/m per RM funzionale (EPI) O G G I Sino a 50 mt/m per bobine con FOV limitato, nel caso di acquisizioni multi-slice, multi-echo Sino a 200 mt/m nel caso delle tecniche EPI (echo-planar-imaging) L intensità dei gradienti, ovvero la variazione di campo per unità di distanza, determina lo spessore dello strato (slice thickness) e la risoluzione nel piano (x y) (matrici elevate 1024 e FOV piccoli)

26 Intensità dei Gradienti B 0 B 0 B BW

27 Banda RF B 0 B 0 B MHz BW

28 Tempo di salita Tempo richiesto per raggiungere il valore di massima intensità: ms per sequenze veloci Intensità : altezza del gradiente (mt/m) Velocità : tempo di salita (slew rate): T/m/s G Slew rate G = max t S 20 mt/m G t s G max t Time (ms) t

29 Linearità Per linearità dei gradienti si intende la crescita lineare di B 0 rispetto alla distanza dal centro del magnete Se i gradienti non fossero lineari la codifica di fase e di frequenza risulterebbe impropria con conseguente distorsione dell immagine

30 Schema delle bobine di gradiente Scanner Gradiente y Gradiente z Radiofrequenza Gradiente x Paziente Campo magnetico

31 Bobine RF Generano campi di radiofrequenza con geometrie ottimizzate per le diverse applicazioni cliniche Tipi di bobine Trasmissive Riceventi Trasmissive/riceventi Tecnologia Polarizzazione lineare Polarizzazione circolare (quadratura) Geometria Volumetriche Superficiali

32 Caratteristiche delle bobine RF ELEVATO SEGNALE/RUMORE Riduce il tempo di acquisizione Migliora la risoluzione spaziale ELEVATA OMOGENEITÀ Di eccitazione in emissione Uniforme sensibilità in ricezione

33 Trasmissiva / Ricevente Sistema di radiofrequenza Trasmittente Ricevente Genera impulsi RF ad alta frequenza che eccitano i nuclei Riceve i segnali di risposta a seguito del rilassamento dei nuclei

34 Trasmissiva o Ricevente? In molti sistemi si preferisce avere una bobina trasmittente Body ad ampio volume (omogenea) e bobine riceventi dedicate a piccolo volume (elevato S/R) rumore bobina body rumore bobina di superficie

35 Volumetriche o Superficiali? Bobine di superficie spire a profilo rettangolare o circolare poste a diretto contatto con la superficie del corpo Bobine di volume avvolgono completamente la regione anatomica di interesse

36 Volumetriche o Superficiali? Volumetriche Elevata omogeneità Il S/R aumenta al diminuire delle dimensioni della bobina Superficiali Non omogenee Elevato S/R per le regioni vicine alla bobina

37 WHOLE BODY