Formazione dell'immagine in risonanza magnetica - RISONANZA MAGNETICA

Formazione dell'immagine in risonanza magnetica

RISONANZA MAGNETICA

Un tomografo a risonanza magnetica è un sistema complesso, composto da

1. magnete
2. sistema di radiofrequenze
3. sistema informatico di elaborazione.

Il compito principale del magnete è di produrre un campo statico che serve a differenziare i livelli energetici degli spin in modo da renderli suscettibili al processo di eccitazione e capaci di produrre un segnale.

Essi si distinguono secondo:

1. caratteristiche del campo magnetico.
2. tipo di magnete
3. intensità del campo generato
4. criteri funzionali
5. geometria del magnete.

Le caratteristiche di un campo generato dal magnete sono:

1. l'intensità
2. l'omogeneità
3. la stabilità.

Secondo il tipo si distinguono magneti:

1. permanenti
2. resistivi
3. ibridi
4. superconduttivi.

I magneti permanenti generano un campo magnetico grazie alle proprietà magnetiche dei materiali di cui sono costituiti (ferrite o leghe a base di terre rare). Tali  metalli vengono disposti in modo da costituire un campo magnetico che risulti confinato entro un'area il più possibile delimitata. I valori tipici di intensità di questi magneti sono compresi di solito tra 0.1T e 0.3T. I limiti intrinseci di questo tipo di magnete sono il peso notevole, una certa instabilità termica e una non perfetta uniformità del campo.

I magneti resistivi sono elettromagneti. Conformando dei tubi di rame in modo da creare una sfera, il passaggio della corrente al loro interno crea un campo magnetico che si localizza al centro della sfera stessa. A causa della notevole produzione di calore si rende necessario il raffreddamento con acqua. Questi magneti sono capaci di produrre intensità di campo fino a 0.15 Tesla.

I magneti ibridi combinano i principi su cui si basano i magneti resistivi e permanenti. I poli del magnete permanente vengono avvolti da spire di rame nelle quali viene indotta una corrente elettrica. Il campo magnetico da essa generato va ad incrementare il campo del magnete permanente.

I magneti superconduttivi sono costituiti da avvolgimento di materiale superconduttore, ossia una lega metallica, la cui resistenza elettrica si azzera a basse temperature. Un superconduttore perfetto può trasportare una corrente elettrica senza dispersioni. In RM si utilizzano comunemente conduttori in Titanio-Niobio all'interno di un grosso avvolgimento di rame il cui raffreddamento è ottenuto con elio liquido a circa -268 C°, contenuto in speciali contenitori con un'intercapedine in cui viene fatto il vuoto. Questi magneti hanno di solito intensità comprese fra 0,5-1,5 Tesla.

Secondo il criterio funzionale, i sistemi RM si distinguono in sistemi a corpo intero, che consentono di esaminare tutti i distretti corporei, e sistemi dedicati, per lo studio di uno specifico distretto.

Secondo la geometria, possono essere classificati in sistemi a magnete chiuso o aperto.

I primi possono avere un tunnel lungo, di tipo tradizionale, o più corto, detti "short-bore", con magnete più compatto e svasato verso l'esterno, per ridurre la sensazione di claustrofobia e consentire l'accesso anche a pazienti obesi.

I secondi, a magnete aperto, innovativi, hanno forma di C, resistivi o permanenti, o forma di tempietto, permanenti o superconduttivi, riducono al minimo la sensazione di claustrofobia, consentono manovre chirurgiche ma sono attualmente limitati a campi medi-bassi.

Il sistema di radiofrequenza invia gli impulsi necessari alla formazione del campo H nonché riceve e trasmette il segnale al sistema di elaborazione dati.

Esso è costituito da:

1. emettitore di impulsi o trasmettitore radio
2. antenna o bobina RF (in base alla zona corporea da esaminare si distinguono antenna-corpo, antenna-testa, antenna di superficie)
3. ricevitore.

Il sistema informatico di elaborazione dati elabora, presenta e memorizza i dati acquisiti;  la consolle di studio non è più solo un banco di comando ma un centro di refertazione, con capacità evolute di presentazione, confronto e correlazione di immagini.

Il fenomeno della risonanza magnetica (RM) fu evidenziato già nel 1946 da Felix Bloch a Stanford e da Edward M. Purcell a Harvard, ai quali fu conferito nel 1952 il Premio Nobel per la Fisica. La RM si basa sul principio, come il nome suggerisce, che alcuni nuclei atomici sono in grado di "risuonare" ossia di assorbire e successivamente cedere energia se sottoposti all'azione di campi magnetici.

Alla base del fenomeno RM c'è il fatto che alcuni nuclei atomici come H1, P31, C13, ed altri, possiedono uno spin intrinseco, ovvero essi ruotano sul proprio asse generando un campo magnetico detto momento magnetico nucleare. In definitiva possono essere considerati dei dipoli che sono normalmente orientati casualmente ma che se sottoposti all'azione esterna di un campo magnetico si allineano secondo la direzione di quest'ultimo. Una condizione di equilibrio è rappresentata dai nuclei di idrogeno costituenti i tessuti biologici nel corpo umano: nel momento in cui si interviene disturbando tale condizione tramite una opportuna radiofrequenza avremo una data risposta dei nostri nuclei di idrogeno che al termine della applicazione della radiofrequenza rilasceranno l'energia assorbita sotto forma di radiazione elettromagnetica della stessa lunghezza d'onda della radiofrequenza di disturbo.

Il riassestamento del nucleo rilascia un segnale, che verrà utilizzato in seguito per l'elaborazione dell'immagine RM. con una tecnica di ricostruzione analoga a quella della TC

L'immagine RM è formata dalla elaborazione di un segnale elettrico ottenuto dalla captazione delle variazioni di campo magnetico generate dal moto di processione degli spin del campione. Il segnale RM da interpretare non è legato alla densità fisica delle strutture in esame, come nella TC, ma è funzione di molteplici parametri (densità protonica, tempi di rilassamento T1 e T2) e l'operatore può scegliere tra le diverse procedure di indagine - le cosiddette " sequenze di impulsi  - a seconda del parametro da esaminare. Le sequenze più comunemente impiegate sono:

1. Spin-Echo (SE) multi-echo
2. Inversion-Recovery (IR)
3. Tecniche di Echo-Gradient (EG)

I fattori che influenzano l'immagine sono:

1. Rapporto segnale/rumore
2. Intensità del campo magnetico
3. Dimensione della matrice
4. Numero di rilevamenti del segnale
5. Lo spessore dello strato
6. Tempo dell'esecuzione dell'esame

L'intensità del segnale è funzione di specifici tessuti, della loro densità e dell'ambiente chimico che li circonda. I tessuti che appariranno più chiari saranno iperintensi, mentre se il segnale determinerà un'immagine più scura allora si parlerà di segnale ipointenso,  mentre un segnale intermedio tra le due situazioni estreme sopra indicate, sarà definito isointenso.

Non vi è differenza di qualità fra i campi magnetici prodotti da magneti di diverso tipo; variano invece i valori dei parametri di caratterizzazione del campo, cioè l'intensità e la omogeneità.

L'intensità di campo è direttamente proporzionale alla capacità di far risuonare i protoni di idrogeno presenti nel corpo umano: maggiore è l'intensità, maggiore il numero di protoni che si allineano nella direzione del campo magnetico statico.

La intensità di un campo magnetico viene misurata in Tesla (m-Kg-s) che corrisponde a 10000 Gauss (cm-g-s). 1 Tesla è pari a 20000 volte l'intensità del campo magnetico terreste. Nei sistemi attualmente commercializzati, le più comuni intensità di campo sono di 0.3, 0.5, 1.0, e 1.5 Tesla; i magneti di 1.0 Tesla o maggiori sono definiti a "alta intensità di campo" mentre quelli inferiori a 1.0 Tesla, sono definiti a "bassa intensità di campo". Apparecchiature con campi d intensità maggiore, 3 Tesla, non sono ancora autorizzati per l'attività clinica e riservati alla ricerca.

In risonanza si parla di immagini T1 e T2 pesate che sono rappresentative delle caratteristiche fisiche dei tessuti sottoposti a determinate radiofrequenze a determinati intervalli di tempo. Tessuti differenti hanno diverse proprietà T1 e T2, basate sulla risposta dei loro nuclei di idrogeno agli impulsi di radiofrequenza del magnete. Queste differenti proprietà sono usate per stabilire dei parametri (TR e TE) che saranno caratteristici delle immagini in T1 e T2. Il TR rappresenta l'intervallo di tempo degli impulsi somministrati, TE rappresenta l'intervallo di tempo tra la somministrazione dell'impulso e la ricezione (l'eco) dello stesso; entrambi vengono espressi in millisecondi (ms). I parametri che tengono conto delle proprietà in T1 e T2 saranno caratteristici delle immagini a "densità protonica".

Per esempio, il comportamento del grasso e dell'acqua è opposto nelle immagini T1 e T2 pesate: il grasso è iperintenso nelle immagini T1-pesate e lo è di meno nelle immagini T2-pesate, l'acqua invece è ipointensa nelle immagini T1-pesate ed iperintensa nelle immagini T2-pesate. Questi principi sono importanti da ricordare perché la maggior parte dei processi patologici sono associati ad un incremento del contenuto di acqua e quindi appariranno iperintensi nelle immagini T2-pesate ed ipointensi nelle T1-pesate. Può aiutare ricordare World War II che sta per water is white in T2 e quindi l'acqua è bianca in T2.

Ma anche altri tessuti sono chiari nelle immagini T1-pesate come i prodotti degradati del sangue (la metaemoglobina nelle emorragie subacute), il materiale proteico, la melanina ed il gadolinio (mezzo di contrasto usato in RM). Appaiono invece scuri nelle immagini T2-pesate il calcio, i gas, gli esiti remoti di emorragie (emosiderina) ed  i tessuti fibrosi.

Grazie a questo differente comportamento che il sangue ha in una emorragia, è possibile fare considerazioni, per altro approssimative, circa la datazione della stessa: un'emorragia in fase acuta (ossi e desossiemoglobina) è ipointensa o isointensa nelle immagini T1-pesate, diviene iperintensa in fase subacuta ed infine ipointensa in tutte le sequenze per la presenza di depositi di emosiderina nell'ematoma cronico.

Si può usare per uno studio mirato anche una sequenza "fat suppression". Infatti molti processi patologici sono associati ad un aumento del contenuto di acqua e quindi nelle immagini T2-pesate appariranno chiari, ma il grasso rimane anch'esso chiaro nelle immagini T2-pesate e per questo potrebbe mascherare il segnale patologico. Per questo la "fat suppression" serve per meglio evidenziare il segnale patologico in T2. Queste tecniche sono anche utili negli esami con somministrazione endovenosa di contrasto, nelle quali le immagini postcontrasto solo solitamente T1-pesate e l'enhancement dei tessuti potrebbe essere apprezzato con difficoltà, particolarmente per le anormalità adiacenti al grasso epidurale o sottocutaneo.

Per stabilire se una immagine è T1 o T2-pesata dobbiamo guardare il TE ed il TR. I TE bassi sono circa 20 ms e quelli alti circa 80 ms; i TR bassi sono circa 600 ms, e gli alti sono circa 3000 ms. Le immagini T1-pesate avranno dunque basso TE e basso TR, mentre se TR e TE sono alti l'immagine sarà T2-pesata; infine bassi TE ed alti TR sono utilizzati nelle immagini a densità protonica.

L'angioRM (MRA), permette lo studio esclusivo dei vasi. Saranno visualizzate solo le immagini dei vasi mentre le immagini delle altre strutture saranno soppresse e si può ulteriormente selezionare lo studio in base alla direzione del flusso e quindi studiare arterie e vene. Questa modalità d'esame RM è utile per valutare i pazienti con sospetto interessamento da parte di processi cerebrovascolari (circolo di Willis e carotide) ed anche per lo studio di trombosi dei vasi venosi profondi.

Anni addietro le vie biliari vengono esaminate soprattutto con l'esame colecistografico o colangiografico. Dal 1980 la disponibilità degli US, della TC, e più recentemente ancora, dalla fine degli anni 90, della ColangioRM, ha progressivamente ridotto il ricorso a queste prime due indagini, al punto tale che oggi Mdc colangiografico non è più disponibile sul mercato per la riduzione del profitto delle industrie che lo producevano. La colangioRM consente una ottima visualizzazione delle vie biliari intra ed extraepatiche ed ha oggi del tutto sostituito l'esame radiologico tradizionale dell'albero biliare.

Di pari passo si sono andate diffondendo nel uso clinico altre due metodiche di indagine: la PTC (Colangiografia Percutanea Transepatica) ed l'ERCP (Colangio- Pancreatografia-Retrograda per via Endoscopica ). La PTC si pratica iniettando, mediante un ago sottile attraverso la cute, un Mdc iodato idrosolubile direttamente nella via biliare che deve essere sufficientemente dilatata. Quindi per poter procedere ad una richiesta di PTC è necessario accertarsi di questa condizione, magari con un controllo ecografico o da un alto valore di bilirubina diretta. Trova indicazione elettiva nello studio degli itteri ostruttivi, soprattutto per lo studio del tratto a monte della stenosi oppure può assumere un ruolo terapeutico consentendo la derivazione esterna della bile (drenaggio esterno).

Nell'ERCP, dopo aver introdotto un catetere nella papilla di Vater raggiunta per via endoscopica, si inietta il mezzo di contrasto iodato idrosolubile sotto controllo scopico, in modo da opacizzare selettivamente sia la via biliare principale che il dotto di Wirsung. Le principali indicazioni sono rappresentate dall'ittero colostatico persistente, stenosi della via biliare, tumori dell'epato-coledoco, visualizzazione del tratto a valle della stenosi biliare. Svolge anche un ruolo terapeutico quando dopo l'indagine radiografica viene condotto anche una  sfinterotomia o l'estrazione di un calcolo incuneato nella via biliare; consente, posizionando un drenaggio nella via biliare, la derivazione interna della bile (drenaggio interno).

La R.M. Funzionale Cerebrale (fMRI) consente l'individuazione di quali strutture encefaliche siano state attivate da una stimolazione sensomotoria o cognitiva, rilevando piccole variazioni dell'ossigenazione ematica che si producono con le modificazioni del flusso ematico loco-regionale indotte dall'attivazione cerebrale.

I vantaggi della RM rispetto alla TC sono: l'uso di radiazioni non ionizzanti, la possibilità di acquisizione di immagini multiplanari (assiali, coronali, sagittali, oblique), ottimi dettagli anatomici, una maggiore sensibilità nello studio delle alterazioni tissutali, capacità di discriminare tra vari tessuti in base all'intensità del segnale, migliore contrasto di tessuti rispetto alla TC.

I vantaggi della TC rispetto alla RM sono: migliore valutazione di calcificazioni e anomalie di ossificazione dei muscoli, esame di prima istanza nello studio del torace, addome ed organi pelvici,  indagine meno costosa, più veloce nell'esecuzione, senza disturbi nei claustrofobici.

Per le donne gravide la MR viene riservata alle emergenze (es: compressione del cordone spinale) poiché non è stato completamente dimostrato se il feto, sottoposto ad intensi campi magnetici, subisce o meno danni, soprattutto nel primo trimestre della gravidanza.

Le controindicazioni all'esecuzione di una risonanza sono determinate dalla presenza di dispositivi e materiali suscettibili di movimento o di danneggiamento da parte di campi elettromagnetici: pacemakers cardiaci, impianti cocleari o altri dispositivi di biostimolazione, alcune valvole cardiache, clips aneurismatiche nel cervello, frammenti o schegge metalliche  (periorbitali), fissatori vertebrali, etc.

La potenza dei campi magnetici potrebbero interferire con l'operatività di tali dispositivi.

Per tali motivi è necessario che il radiologo raccolta una accurata anamnesi prima dell'indagine RM e che escluda dall'indagine i pazienti con queste controindicazioni. Nei pazienti operati è necessario che il paziente esibisca una attestazione del chirurgo che dichiari sia stato usato materiale amagnetico.

Inoltre è indispensabile un avviso di avvertimento sia posizionato vicino alla stanza del magnete sia nell'area esterna contigua; inoltre è necessario che tale area non sia percorsa né da pedoni né da traffico di veicoli, perché movimenti di masse metalliche in ferro (ascensori, macchine, camion, muletti) potrebbero perturbare il campo magnetico e modificarne l'omogeneità.

Il campo magnetico della RM può smagnetizzare, rendendo inutilizzabili, carte di credito, bancomat o altre tessere magnetiche, nastri magnetici usati per il sistema di archiviazione per immagini, orologi analogici.

La maggior parte dell'acciaio inossidabile non è magnetico e pertanto può essere utilizzato con tranquillità vicino al magnete, ma non tutto l'acciaio inossidabile è sicuro. Aspirapolvere, carrelli, secchi od altri oggetti metallici non dovrebbero essere introdotti all'interno della stanza RM

Addirittura anche i percorsi di evacuazione in caso di emergenza (fuoco,terremoto) devono essere disegnati tenendo presente che in tali evenienze non si passi nelle vicinanze della stanza RM.

DOMANDE

Che significa Risonanza Magnetica?

Quali sono le 3 caratteristiche di un campo magnetico?

Quali sono i valori tipici di intensità di un magnete permanente?

Quali sono i valori tipici di intensità di un magnete resistivo?

Quali sono i valori tipici di intensità di un magnete superconduttivo?

Come si distinguono i magneti secondo il tipo?

Come si distinguono i magneti secondo un criterio funzionale?

Come si distinguono i magneti secondo la geometria?

Che cos'è il momento magnetico nucleare?

Qual è il principio alla base della Risonanza Magnetica?

Com'è composta una RM?

Come si forma l'immagine RM?

Quali sono i fattori che influenzano l'immagine RM?

Che cosa si intende per segnale in Risonanza Magnetica?

Che cos'è l'intensità di segnale?

Che cosa significa iperintenso, ipointenso e isointenso?

Qual è l'unità di misura dei campi magnetici?

Che differenza esiste tra magneti ad alta e bassa intensità di campo?

Che cosa sono le immagini T1 e T2 pesate?

Che cosa sono il TR ed TE?

Che cosa sono le immagini a densità protonica?

Come appaiono acqua e grasso nelle immagini T1 e T2 pesate?

Quali altri tessuti appaiono bianchi (iperintensi) nelle immagini T1-pesate?

Quali sono i tessuti che appaiono scuri (ipointenso) nelle immagini T2-pesate?

Come si comporta un'emorragia nei suoi vari stadi nelle varie sequenze?

Quali sono i range in ms del TE e del TR?

Che TE e TR hanno le immagini T1 e T2 pesate e quelle a densità protonica?

Che cos'è l'angiografia RM?

Cosa ci permette di studiare l'angiografia RM?

Cosa ci permette di studiare la colangio RM?

Quali sono i vantaggi della RM rispetto alla TC?

Quali sono i vantaggi della TC rispetto alla RM?

Può essere usata la RM in una donna gravida?

Quali sono le controindicazioni per l'esecuzione di una RM?

Che cos'è la fat suppression?

In quali casi è usata la fat suppression?

Quali sono i vantaggi di una RM aperta?

Quali sono i limiti di una RM aperta?

Cos'è la colangiografia RM?

Cos'è un drenaggio biliare interno?

Cos'è un drenaggio biliare esterno?

Quali sono oggi le metodiche di studio delle vie biliari?

Cos'è la PTC?

Cos'è l'ERCP?

Cos'è la RM funzionale cerebrale?

Cos'è la RM aperta?

Cos'è la RM short-bore?

Perché è necessario schemare un campo magnetico?