RM : i parametri e la semeiotica

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1 RM : i parametri e la semeiotica I parametri che determinano il segnale La semeiotica: dal segnale all immagine

2 SEMEIOTICA : tabella riassuntiva del contrasto T1 e T2

3 I parametri che determinano il segnale I parametri intrinseci Densità protonica Costante di tempo T1 Costante di tempo T2 Flusso Diffusione Chemical shift Suscettibilità magnetica I parametri estrinseci Le sequenze La geometria d acquisizione Il distretto in esame Il contrasto da ottenere La riduzione degli artefatti I mezzi di contrasto La collaborazione del paziente

4 I parametri che determinano il segnale la lesione tramite i suoi elementi costitutivi: cito-istologici : citoarchitettura, ampiezza e diffusibilità dell interstizio Parametri intrinseci DP T1 T2 flusso SEGNALE molecolari : calcio, ferro, liquidi, grasso, eme, chemical shift glicoproteine diffusione Il radiologo tramite la conduzione e la sua vascolarizzazione dell indagine suscettibilità (parametri estrinseci).

5 I parametri intrinseci od operatore indipendente Per comprendere appieno le potenzialità dell imaging mediante RM, è importante tenere presente che le caratteristiche del segnale dipendono in larga misura da fattori intrinseci all organo o ai tessuti esplorati. L intensità del segnale non riflette semplicemente la densità dei nuclei eccitati nel campione in esame: di volta in volta, essa è modulata da fattori fisico-chimici locali, fra cui:

6 I parametri intrinseci od operatore indipendente Densità protonica Costante di tempo T1 Costante di tempo T2 Flusso Diffusione Chemical shift Suscettibilità magnetica

7 I parametri intrinseci od operatore indipendente La densità protonica DP rappresenta il numero dei nuclei di idrogeno risonanti per unità di volume. Le costanti di tempo T1 e T2 rappresentano le modalità di rilassamento nucleare al cessare dell impulso RF perturbante e costituiscono il principale fattore di contrasto delle immagini RM.

8 I parametri intrinseci od operatore indipendente : T1 tempo di rilassamento longitudinale o spin-reticolo esprime le modalità del recupero della componente di MM allineata col CMS dal punto di vista microfisico, la redistribuzione delle popolazioni up e down l andamento temporale del fenomeno è descritto da una curva esponenziale

9 I parametri intrinseci od operatore indipendente : T1 tempo di rilassamento longitudinale o spin-reticolo La pendenza della curva esprime, da un punto di vista fisico, la velocità con cui avviene la cessione di energia all ambiente circostante (reticolo) da parte dei nuclei (spin). Il T1 può considerarsi come l espressione dell efficienza degli scambi energetici tra protoni di idrogeno risonanti (spin) e componente non idrogenionica del tessuto (reticolo).

10 T1 Contrast Assume we scan with the following parameters: TR 600 and TE 10. We allow for T1 relaxation to take place for 600 milliseconds and T2 relaxation only for 5 milliseconds. When we look at Figure A, we see that after 5 ms. hardly any dephasing has taken place. We receive a lot of signal from all tissues. The image contrast is, therefore, very little influenced by T2 relaxation. In Figure B we see that after 600 ms. not all tissues have undergone complete T1 relaxation. Fat is nearly there, but CSF has still a long time to go. So, for the next excitation the net magnetization vector of the CSF spins, which can be flipped into the X-Y plane is small. This means that the contribution from CSF to the overall signal will be small too. In short, the image contrast becomes dependent on the T1 relaxation process. In the final image CSF will be dark, fat will be bright and gray matter will have an intensity somewhere in between.

11 I parametri intrinseci od operatore indipendente : T2 tempo di rilassamento trasversale o spin-spin M xy CSF 37 % Gray matter White matter Fat t in ms Esprime il graduale decadere fino all annullamento della MMT indotta dall impulso RF Microscopicamente si riferisce alla perdita della coerenza di fase acquisita dai protoni

12 I parametri intrinseci od operatore indipendente : T2 tempo di rilassamento trasversale o spin-spin M xy CSF 37 % Gray matter White matter Fat t in ms Il T2 è funzione delle interazioni elettromagnetiche nell ambito del sistema degli spin e non comporta variazioni nella quantità energetica del sistema La pendenza della curva di decadimento della MMT è indice delle disomogeneità magnetiche intrinseche alla struttura in esame

13 T2 Contrast We use the following parameters: TR 3000 and TE 120. Now we allow T2 relaxation to happen for 60 ms. (120 2). As we can see from Figure 5A most of the tissues have dephased and won t produce that much signal. Only CSF (water) has still some phase coherence left. Here the TE is the dominant factor for the image contrast. Figure B shows that practically all tissues have undergone complete T1 relaxation. The long TR of 3000 ms does not contribute much to the image contrast. The 3000 ms. are only needed to allow CSF to recover completely before the next excitation. In our image we ll see CSF bright, while the other tissues show up in various shades of gray.

14 I parametri intrinseci od operatore indipendente Il flusso L intensità del segnale del flusso dipende - dal tipo di sequenza selezionato, - dalla velocità, - dalla presenza-assenza di turbolenza e - dal metodo con cui si acquisisce la singola scansione od il volume.

15 I parametri intrinseci od operatore indipendente Il flusso - Nelle sequenze spin echo il flusso del sangue si evidenzia come vuoto di segnale (con qualche eccezione ). L imaging vascolare basato sulle sequenze spin echo è indicato a sangue nero. - Nelle sequenze gradient echo il flusso del sangue presenta un alta intensità di segnale, in modo particolare quando sono acquisite in modalità singola sezione od unica partizione.l imaging vascolare basato sulle sequenze gradient echo è indicato a sangue bianco.

16 I parametri intrinseci od operatore indipendente La diffusione E un imaging di contrasto che si basa sulle differenze di diffusione delle molecole d acqua. La diffusione rappresenta i movimenti aleatori termici delle molecole per collisione tra di loro ( movimenti browniani ). Dipende da diversi fattori: tipo di molecola (acqua), temperatura, micro-architettura dell ambiente.

17 Isotropic and anisotropic diffusion. Water molecules in the brain are constantly moving (i.e., in Brownian motion). When motion is unconstrained, as in the large fluid filled spaces deep in the brain (i.e., the ventricles, as illustrated in the MR image on the left), diffusion is isotropic, which means that motion occurs equally and randomly in all directions. (B) When motion is constrained, as in white matter tracts (illustrated on the right), diffusion is anisotropic, meaning that motion is oriented more in one direction than another (e.g., along the y axis rather than along the x axis).

18 A seconda delle misurazioni che si realizzino: Con una media dei coefficienti di diffusione nei tre assi si ottiene il coefficiente apparente di diffusione (ADC) Con una media dei coefficienti di diffusione in almeno 6 assi si ottiene il tensore di diffusione.

19 Diffusion weighted images Diffusion Tensor Imaging

20 I parametri intrinseci od operatore indipendente Il Chemical Shift Il fenomeno del CS si basa sul fatto che la frequenza di risonanza dei protoni di idrogeno non dipende, come stabilito dalla legge di Larmor, solamente dall intensità del CMS (B0) e dalle caratteristiche del nucleo in esame (costante giromagnetica), ma risulta influenzata anche dalla nube magnetica che circonda il nucleo. Legami chimici diversi implicano nubi elettroniche e quindi campi magnetici locali indotti diversi. Per tale motivo l idrogeno di una molecola d acqua ha una frequenza di risonanza leggermente diversa da quella dell idrogeno legato ad una catena lipidica. A livello dell interfaccia grasso-acqua, questa variazione della frequenza di risonanza determina, in fase di ricostruzione dell immagine, uno spostamento del segnale del grasso nella direzione del gradiente di lettura (artefatto da CS). Il CS è il parametro su cui si basano gli studi in vivo di spettroscopia, in quanto la differenza fra le frequenze di risonanza dei diversi substrati costituisce un marker caratteristico di ciascuna molecola o gruppo chimico.

21 I parametri intrinseci od operatore indipendente La suscettibilità E la proprietà fisica (legata alle proprietà degli atomi e delle molecole) che determina la risposta di un materiale a un campo magnetico esterno. E un utile parametro intrinseco dei tessuti in esame. E all origine di artefatti. Troncular cavernous angioma

22 SWI Sensitivity With Intracranial Bleeding MRI can visualize bleeding using techniques such as T2*-weighted images, but recent research by Siemens users has indicated that sensitivity of SWI might be better than T2* and other techniques with MRI. syngo SWI provides additional information about intracranial bleeding in stroke, venous and cavernous angiomas, subdural and subarachnoid hemorrhage as well as depicting even very small abnormal veins in diseases such as Sturge Weber and Moyamoya. syngo SWI

23 Susceptibility artefact - Metallic foreign bodies The patient was a welder. Although he was unaware of their presence, small metal fragments had become embedded in his hair or scalp during his work. Certain hair products that contain iron may produce a similar appearance. Mascara may have a similar effect, distorting images of the orbits.

24 I parametri estrinseci od operatore dipendenti L interesse della conoscenza della modalità di rilassamento nucleare nei diversi substrati biologici risiede principalmente nel fatto che, mentre il valore della densità protonica nei diversi tessuti può variare entro limiti alquanto ristretti (circa del 20%), il T1 e lo stesso T2 presentano un range tissutale sensibilmente maggiore (rispettivamente, del % e del 200 % circa). Risulta quindi evidente il vantaggio di costruire immagini basate sui tempi di rilassamento dei tessuti (T1 pesate o T2 pesate), se si vogliano stabilire condizioni di contrasto ideali. Dal punto di vista con fisico l aumentare a parità della di altre DP condizioni, l intensità del segnale con l aumentare aumenta: del T2 con il diminuire del T1

25 I parametri estrinseci od operatore dipendenti Le sequenze La geometria d acquisizione Il distretto in esame Il contrasto da ottenere La riduzione degli artefatti I mezzi di contrasto La collaborazione del paziente

26 I determinanti del segnale in RM la lesione tramite i suoi elementi costitutivi: cito-istologici : citoarchitettura, ampiezza e diffusibilità dell interstizio Parametri intrinseci T1 T2 DP flusso SEGNALE molecolari : calcio, ferro, liquidi, grasso, eme, chemical shift glicoproteine diffusione Il radiologo tramite la conduzione e la sua vascolarizzazione dell indagine perfusione (parametri estrinseci).

27 SEMEIOTICA : dal segnale all immagine L immagine RM è il prodotto di tutta una serie di fattori di notevole complessità (multiparametrica). La qualità dell immagine RM è essenzialmente determinata dal potere di risoluzione globale, funzione a sua volta del grado di risoluzione spaziale e del contrasto intrinseco esistente tra pixel adiacenti della matrice ed inversamente proporzionale al rumore di fondo. E possibile ottenere rappresentazioni di elevato dettaglio anatomico ed evidenziare l eventuale alterazione, definirla volumetricamente e talvolta proporre una caratterizzazione se non in termini istologici e/o eziopatogenetici, almeno di riconoscimento degli elementi costitutivi fondamentali.

28 Semeiotica : i liquidi ipointensi in T1 iperintensi in T2 sequenze idrografiche dd sulla base del segnale

29 Semeiotica : il grasso rappresenta un altro substrato biologico elementare dell imaging RM. Risulta caratterizzato da un breve T1 e quindi da una netta iperintensità del segnale. L intensità del segnale nelle sequenze T2 dipendenti è medio-alta, in relazione alla struttura molecolare del tessuto adiposo: la sua omogeneità magnetica è infatti meno elevata di quella dei liquidi, ma maggiore di quella dei parenchimi per l assenza di macromolecole.

30 Semeiotica : il sangue stravasato Costituisce un substrato complesso, caratterizzato da una semeiotica mutevole che descrive, fase per fase, le trasformazioni biochimiche del pigmento ematico, macromolecola dotata di attività paramagnetica. Paramagnetiche si definiscono tutte quelle sostanze caratterizzate da elettroni orbitali non appaiati, in grado di indurre un flusso magnetico che si somma a quello principale. I prodotti catabolici dell emoglobina, per il contenuto in ferro, agiscono come agenti paramagnetici naturali, in grado cioè di alterare l omogeneità magnetica del sistema, modificandone in modo caratteristico e ripetibile, i tempi di rilassamento T1 e T2. Risulta quindi possibile riconoscere la presenza di sangue e datare il focolaio emorragico sulla sola base del segnale.

31 Semeiotica : il sangue che scorre a velocità fisiologica, in regime laminare o di turbolenza, all interno dei vasi Il segnale di flusso acquisito con sequenze spin echo, perpendicolarmente all asse del vaso, si presenta vuoto per un fenomeno di fuoriuscita dei protoni eccitati dalla sezione esplorata durante il tempuscolo di acquisizione, con impossibilità di registrare il relativo segnale di rilassamento (effetti di tempo di volo). Al contrario, in talune condizioni di flusso lento, fisiologiche o patologiche, può verificarsi un incremento paradosso del segnale di flusso,con iperintensità endoluminale, sia in relazione al sufficiente tempo di permanenza dei protoni magnetizzati nella sezione in esame, che per il soppraggiungere di protoni freschi, non sottoposti a precedenti rilevamenti e quindi con piena magnetizzazione. L effetto lume bianco si ottiene in particolare con le sequenze gradient echo e risultano quindi evidenti le potenzialità della metodica nell imaging vascolare, con possibilità di valutare qualitativamente e semiquantitativamente il regime di flusso a livello dei diversi distretti.

32 Semeiotica : l aria e la corticale ossea Caratterizzate da ipointensità di segnale in tutti i tipi di acquisizione, sono strutture rispettivamente a bassa densità protonica unitaria (aria) o costituite da configurazioni macromolecolari rigide contenenti protoni fissi (osso compatto). A. Radiografia dell estremità superiore di un femore secco B. RM dello stesso segmento con sequenza pesata in T1 C. RM dello stesso preparato immerso in bagno d olio

33 Semeiotica : i parenchimi Rappresentano un campo d indagine di estrema importanza, anche se la metodica non appare sempre in grado di fornire, sulla sola base del segnale, elementi certi di valutazione e giudizio. Segnale sovrapponibile si riscontra in raccolte idriche, lesioni focali con cellularità stipata e lesioni caratterizzate da intensa vascolarizzazione. dd angima capillare epatico verso cisti dd aree di tessuto di granulazione-fibrosi fresca verso ripresa di npl La somministrazione di un mdc, in grado di distribuirsi nei diversi comparti, conferisce qualche ulteriore elemento di specificità tissutale. I mezzi di contrasto utilizzati in RM sono composti paramagnetici che pur presentando una cinetica simile ai composti iodati somministrati ev in TC, non vengono visualizzati direttamente, ma in quanto modificano, una volta diffusi nell interstizio, le caratteristiche magnetiche dell ambiente circostante.