Apparecchiature RM. Dott. TSRM Luigi Imperiale Dipartimento di Scienze Radiologiche Ospedali Riuniti di Ancona

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1 Apparecchiature RM Dott. TSRM Luigi Imperiale Dipartimento di Scienze Radiologiche Ospedali Riuniti di Ancona

2 Apparecchiature RM Magneti Gradienti Bobine

3 Apparecchiature RM Magneti Gradienti Bobine

4 Campo Magnetico Campo: regione dello spazio che gode di determinate proprietà Dipolo: la più piccola entità capace di generare un campo magnetico Poli Magnetici: centri di forze magnetiche Magnete: corpo che presenta proprietà magnetiche Calamita: magnete artificiale non è conservativo ha un attenuazione lineare

5 Campo Magnetico Grandezza Vettoriale modulo direzione verso B Tesla 1T = 10 Gauss linee di forza verso del vettore 4

6 Caratteristiche principali del magnete Intensità di Campo Omogeneità Stabilità Forma del Magnete

8 Intensità di Campo Basso Campo < 0.5 T 0.5 T < Medio Campo < 1.5 T Alto Campo 1.5 T

9 0.2T / 0.35T MAGNETI 0.5T 0.7T 0.2/0.35T 0.5T 0.7T 1.0T 1.5T 3.0T 3T

10 Tipologie di magneti Permanenti Resistivi Superconduttivi

12 Magneti Permanenti sono grosse calamite materiale ferromagnetico leghe di Fe-Co, Sm-Co, Ne-Fe-B vengono magnetizzati mediante corrente elettrica opportunamente trattati, mantengono la magnetizzazione per sempre

13 Magneti Permanenti Vantaggi costi di gestione minimi (no criogeni) easy siting (no fringe field) drifting se la temperatura non è costante

14 Magneti Permanenti Applicazioni open MR riduzione claustrofobia facile monitoraggio paziente (pediatria) facile accesso (interventistica) esami cinematici

15 Magneti Permanenti Applicazioni open MR Kinematic Spine Kinematic Ortho

16 Magneti Permanenti Svantaggi SNR omogeneità di campo limitazioni su alcune applicazioni (Fat Sat, fmri, MRS...)

18 Magneti Resistivi Conduttori percorsi da corrente: Sfruttano la legge di Ampére: una corrente che scorre in un solenoide o in una bobina produce un campo magnetico nella direzione ortogonale al piano di scorrimento della corrente stessa. B o B o = m NI L m Permeabilità magnetica N numero di spire L lunghezza avvolgimento I corrente nelle spire

19 Magneti Resistivi Il campo magnetico viene generato mediante il flusso di corrente nell avvolgimento. Necessitano di elevatissime potenze elettriche per il mantenimento del campo. 0.15T 50 kwatts 1.5T 50 Megawatts! B 0

20 Magneti Resistivi Vantaggi basso costo iniziale non necessitano di criogeni Svantaggi consumo elettrico notevole dissipazione del calore per effetto Joule solo bassi campi magnetici

22 Magneti Superconduttivi Materiali superconduttivi Leghe metalliche ( Niobio- Titanio) che, se portate a temperature bassissime, offrono Resistenza = 0 al passaggio della corrente. He liquido 4 K B o

23 Magneti Superconduttivi Vantaggi: capacità di generare alti campi magnetici (0,5 a 2T.4-7T) non c è bisogno di energia per garantire il campo magnetico altissima omogeneità e stabilità del campo magnetico Svantaggi: alto costo iniziale dovuto alla tecnologia di progetto/realizzazione necessitano l uso di criogeni (oggi comunque solo elio, 0 Boil-off) il campo magnetico è sempre attivo quench che può creare l interruzione di funzionamento

24 Magneti Superconduttivi Effetto missile

25 Magneti Superconduttivi Quench Perdita istantanea della superconduttività Fuoriuscita del liquido criogeno ( gas ) Spontaneo microbubbles Voluto Rundown Bottom

27 Omogeneità L omogeneità di campo è la misura dell uniformità spaziale del campo magnetico all interno del campo di vista (FOV) - Efficienza della Fat Suppression - Minima Distorsione Geometrica

29 Stabilità La stabilità di campo è la misura di quanto si mantiene costante il campo magnetico nel tempo. Si misura in parti per milione all ora [ppm/h] e rappresenta la deriva del campo magnetico. Può essere prodotta, nei magneti superconduttivi, da una variazione della corrente circolante nelle spire. Nei magneti permanenti è causata da una costante smagnetizzazione che è naturale o da una variazione della temperatura nella sala d esame (Drifting). Nei magneti superconduttivi, Temporal Field Stability < 0.1 ppm/hour

31 Forma dei magneti La fisica ci dice che dobbiamo accettare un compromesso: un magnete molto omogeneo è lungo e stretto un magnete molto confortevole per il paziente è corto e largo l l a a

32 Forma dei magneti Tipicamente abbiamo due tipologie di magnete in funzione della tecnica di realizzazione dello stesso: a tunnel (forma tipica dei magneti superconduttivi) aperto ( forma tipica dei magneti permanenti )

33 Magneti Gradienti Bobine

34 GRADIENTI Si definisce un gradiente di campo magnetico statico, un campo magnetico addizionale, la cui ampiezza varia linearmente lungo una direzione scelta. Z B = B o + G z

35 GRADIENTI I gradienti di campo magnetico sono generati tramite opportune bobine di tipo resistivo attraversate da corrente (ca 100 Ampere) dette gradient coils

36 GRADIENTI Un apparato di MRI ha tre gradient coils in modo da generare gradienti lungo le tre direzioni (z,x,y) del sistema di riferimento. y Coils z Coils y z x Coils x

37 Gradiente Z

38 Gradienti

39 Gradienti La combinazione dell accensione di più gradienti determina la localizzazione di qualsiasi piano dello spazio

40 Caratteristiche dei Gradienti Intensità ( Amplitude ) Pendenza ( Slew Rate ) Duty Cycle Linearità

42 Intensità L intensità di un gradiente esprime la variazione del campo magnetico principale nel FOV d interesse, ed è espressa in mt/m da 23 a 50mT/m Maggiore è l intensità del gradiente, maggiore è la risoluzione spaziale ottenibile

43 Intensità Banda di trasmissione Dbw Spessore di fetta

44 Intensità Il potere di risoluzione spaziale è proporzionale all area sottesa alla forma d onda del gradiente A B Amplitude A = 2Amplitude B Resolution A = Resolution B

46 Slew Rate Esprime la velocità con cui il gradiente raggiunge la massima intensità Slew rate G max = t r [ T/m/s ] Gradient Strength mt/m G max tr Time (msec)

47 Slew Rate Lo Slew rate influenza il minimo TR e TE ottenibili, e il minimo Echo Spacing nelle sequenze FSE ed EPI. Gradient Strength mt/m A B G max tr Time (msec)

49 Duty Cycle E spesso descritto come il tempo massimo durante il quale i gradienti rimangono attivi alla massima intensità. Viene espresso in % rispetto al TR. Perciò il Duty Cycle influenza il numero massimo di fette acquisibili in un intervallo TR, oppure in modo equivalente, il DC regola il minimo TR ottenibile per una singola fetta

51 Linearità Al fine di non introdurre grossolani errori di codifica spaziale i gradienti devono essere il più possibile lineari all interno del FOV. linear unlinear FOV Dipende dalla bontà con cui sono realizzate le bobine di gradiente. La non linearità si manifesta soprattutto ai bordi del FOV.

52 Magneti Gradienti Bobine

53 Bobine Le bobine RF hanno due funzioni: Trasmettere ai tessuti il segnale RF Ricevere dai tessuti il segnale RF e convertirlo in variazione di tensione. Bobine trasmittenti Servono a trasmettere gli impulsi RF. Una bobina trasmittente è anche ricevente. Bobine riceventi Ricevono il segnale dai tessuti.

54 Tipi di bobine Body Coil Surface Coil

55 Tipi di bobine Body Coil E l unica bobina integrata nel magnete. Bobina di trasmissione e ricezione. Magnet Gradient Coils Body Coil

56 Tipi di bobine Surface Coil Bobine diverse per studi diversi. Si applicano localmente sulla regione di interesse. Aumentano la qualità dell immagine. Sono generalmente solo riceventi. Signal Noise

57 Forma delle bobine Bird Cage coil Flexible coil Helmholtz coil Simple loop coil

58 Surface Coil Vantaggi Elevato SNR Possibilità di eseguire studi ad altissima risoluzione Svantaggi Ridotta copertura Drop-off del segnale (non in alcune bobine volumetriche).

59 Body coil High coverage Surface coil SNR, small coverage Phased Array coils

60 Bobine Phased Array Piu bobine opportunamente accoppiate Bobine di superficie Elevata copertura Elevato SNR Bobine dedicate specificatamente per 1 solo distretto anatomico Piu difficili da progettare Costi più elevati

61 High Coverage PA coil

62 High Density PA coil Images from Independent Elements of 8ch Brain coil Combined High SNR 8ch Image

63 High Density PA coil

64 Phased Array vs Standard Coil 8chBrain T/R Head

65 Phased Array vs Standard Coil 8chBrain T/R Head

66 Vantaggi Surface Coil Riduzione SAR Segnale proveniente solo dai tessuti all interno della bobina Svantaggi Trasmit/Receive coil Design estremamente complesso T/R Extremity Coil 1ch T/R Head Coil

67 Vantaggi Surface Coil Design semplicissimo Eccitazione uniforme su tutto il volume Svantaggi Receive only coil SAR elevato suscettibile ad artefatti provenienti dai tessuti eccitati ma al di fuori della copertura della bobina 1ch GPFlex coil 1ch 3inch coil