Risonanza magnetica nucleare

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1 Risonanza magnetica nucleare Università di Firenze Corso di Tecnologie Biomediche I/II Lezione del 26 novembre 2003 Leonardo Bocchi 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 W Applichiamo un eccitazione B 1 : campo magnetico rotante a frequenza di Larmor per un tempo dt Impulso a=g dt B 1 Misuro un FID: sinusoide a frequenza di Larmor, di ampiezza proporzionale a r e sin a, che va a zero con costante di tempo T 2 *

3 Sequenze di eccitazione Dal FID si possono ricavare soltanto r e T 2 * r 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 (a 1 - t 1 - a 2 - t 2... a 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 T=T E /2: Gli spin hanno percorso un angolo q e x 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): le posizioni di tutti gli spin sono s V L x 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 FID ha ampiezza proporzionale a: [ 1 exp T R T1 ] exp T E T 2

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

12 Gradient Echo B 0 Impulso a T E -G x (W - g G x x)t E G x (W + g G x x 0 )t FID: 1 exp T R T 1 1 cos exp T R T 1 exp sin T T 2

13 Gradient Echo

14 Altre sequenze Esistono numerose altre sequenze Sequenze rapide: EPI (Echo Planar Imaging) Compromesso velocità / risoluzione, SNR Decine di ms/immagine Immagini dinamiche (cuore) Tecniche di gating Sincronizzazione con ECG

15 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

16 Angiografia a tempo di volo 90 o 90 o

17 Angiografia a tempo di volo 90 o 90 o 90 o

18 Angiografia a contrasto di fase P frequenza fase B 0 t G x W + g G x x 0 (W + g G x x 0 )t t -G x W - g G x x 0 (W - g G x x 0 )t Angolo totale: 2 W t

19 Angiografia a contrasto di fase P 1 P 2 frequenza fase B 0 t G x W + g G x x 1 (W + g G x x 1 )t t -G x W - g G x x 2 (W - g G x x 2 )t Angolo totale: 2 W t + g G x (x 1 - x 2 )t

20 Angiografia a contrasto di fase P 1 P 2 frequenza B 0 t G x W + g G x x(t) t -G x W - g G x x(t) Angolo totale: 2 W t + g A v t

21 Angiografia a contrasto di fase B 0 P 1 P 2 B 0 P 1 P 2 y B A t G x x t -G x Angolo totale: g A v t

22 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

23 Effetto BOLD Tecnice di fmri: risonanza magnetica funzionale Si misura (indirettamente) l'attività neuronale Mezzo di contrasto endogeno: emoglobina BOLD = Blood Oxygenation Level Dependent Emoglobina ossigenata: diamagnetica Emoglobina deossigenata: paramagnetica Se aumenta la proporzione di emoglobina deossigenata, diminuisce il segnale FID

24 Effetto BOLD Attività neuronale Consumo di ossigeno Aumento del flusso cerebrale Aumento disponibilità di ossigeno

25 Effetto BOLD Ridardo temporale: dal momento dell'attivazione al momento dell'aumento dell'ossiemoglobina, trascorrono alcuni secondi Basso rapporto segnale/rumore: necessità di medie sincrone