Principi base della tecnica MRI


L'MRI è basata sui principi della Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), una tecnica spettroscopica usata dai ricercatori per ottenere informazioni di tipo microscopico, chimico e fisico, sulle molecole. L'MRI è nata come tecnica di imaging tomografico, in grado cioè di produrre un'immagine del segnale NMR di una sottile fetta del corpo umano. Da normale tecnica di produzione di immagini tomografiche, l'MRI si è evoluta fino a divenire una tecnica di imaging volumetrico.



Fenomeni microscopici responsabili dell'MRI.

Nel campo magnetico statico, gli spin dei protoni all'interno dei tessuti tendono ad allinearsi alle linee di forza (in modo parallelo o antiparallelo); poiché gli spin allineati in senso parallelo sono in numero superiore, i tessuti vengono a possedere una leggera magnetizzazione totale. Questo allineamento non è mai totale, ma piuttosto gli spin dei vari protoni incominciano a mostrare una precessione attorno alla direzione del campo magnetico. Questa precessione mostra una frequenza tipica detta frequenza di Larmor che si trova nell'ordine dei MHz e quindi nel campo della radiofrequenza (per un campo di 1 T, la frequenza è di 42 MHz per l'atomo di idrogeno); se allora sul paziente viene applicato un campo magnetico rotante a questa esatta frequenza e di energia sufficiente, è possibile ruotare la magnetizzazione dei protoni di un angolo arbitrario (detto flip angle) che dipende dal tipo di immagini che si desidera ottenere.

Dopo l'impulso, man mano gli spin dei protoni tenderanno a tornare al loro stato iniziale di allineamento lungo il campo (fenomeno di rilassamento); tramite una bobina ricevente viene misurato l'andamento della magnetizzazione nel piano perpendicolare al campo magnetico principale (Free Induction Decay, o FID). Tale rilassamento avviene con due costanti di tempo distinte: la prima, indicata con T1, indica la rapidità con cui si ricostruisce la magnetizzazione diretta lungo la direzione del campo principale, e dipende dall'interazione tra protoni e le molecole circostanti (rilassamento spin-reticolo).


La seconda, indicata con T2, indica la rapidità con cui si distrugge la componente di magnetizzazione trasversale in condizioni ideali, e dipende dall'interazione mutua di protoni vicini (rilassamento spin-spin). In situazioni reali, la componente trasversale viene distrutta a causa della perdita di coerenza di fase tra i vari protoni del campione osservato, con un tempo chiamato T2*.

Essendo espressione di proprietà fisiche diverse, queste costanti sono in generale indipendenti l'una dall'altra, e funzioni dell'intensità del campo magnetico.

Il principio su cui è basato l'imaging MRI è l'equazione di risonanza, che dimostra che la frequenza di risonanza n di uno spin è proporzionale al campo magnetico Bo in cui è posto.

n = g Bo

Dove g è il rapporto giromagnetico. Se ogni regione di spin subisce un unico campo magnetico dobbiamo trovare il modo di risalire alle loro posizioni. Un gradiente di campo magnetico è quello che ci permetterà di fare questo. Un gradiente di campo magnetico è una variazione del campo magnetico rispetto alla posizione. Un gradiente mono-direzionale è una variazione rispetto ad una direzione, mentre un gradiente bi-direzionale è una variazione rispetto a due direzioni. Il tipo di gradiente più utile nell'MRI è un gradiente di campo magnetico lineare mono-direzionale. Un gradiente di campo magnetico mono-direzionale lungo l'asse x in un campo magnetico Bo indica che il campo magnetico va aumentando lungo la direzione x. La lunghezza dei vettori rappresenta l'intensità del campo magnetico.


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