Corso integrato: DIAGNOSTICA PER IMMAGINI IN RISONANZA MAGNETICA Modulo didattico: APPARECCHIATURE E CONTROLLI DI QUALITA’ IN RISONANZA MAGNETICA - 10 lezioni di didattica (20 ore) Giacometti Mara S.O.D.Fisica Sanitaria Ospedali Riuniti Ancona T.0715964799 - [email protected] Cosa serve per generare un segnale RM? Quali sono i fenomeni fisici su cui si basa il funzionamento delle apparecchiature RM? • campo magnetico statico • gradienti di campo magnetico • campo elettromagnetico a RF Nozioni di base … - carica elettrica in movimento ⇒ campo magnetico - campo magnetico variabile ⇒ passaggio di corrente elettrica in una bobina (induzione elettromagnetica Legge di FARADAY) - grandezze vettoriali (direzione, verso, intensità) Cosa è necessario per generare un segnale RM? • campo magnetico statico (B) unità di misura, tesla: 1 T =1 (N x A)/m • gradienti di campo magnetico Variazione lineare nello spazio del campo magnetico, unità di misura: mT/m • campo elettromagnetico a RF ONDE ELETTROMAGNETICHE: “campo elettrico (E) e campo magnetico (B) che si propagano perpendicolarmente nello spazio” Onde e.m. : caratteristiche principali • non necessitano di un mezzo per propagarsi • parametri fondamentali: frequenza (numero di oscillazioni nell’unità di tempo; 1 Hz = 1ciclo/s), lunghezza d’onda e ampiezza d’onda • velocità di propagazione nel vuoto: c = 3 108 m/s • energia proporzionale alla frequenza (f) : LUNGHEZZA D’ONDA AMPIEZZA energia ∝ f Spettro elettromagnetico: dove sono le RF? Gli elementi fondamentali di un’apparecchiatura RM sono MAGNETE GRADIENTI BOBINA TRASMITTENTE BOBINA RICEVENTE Ma quali specie nucleari si “vedono” in RM? In qualche modo devono INTERAGIRE con il campo magnetico... Nuclei con spin (MOMENTO ANGOLARE) diverso da zero carica elettrica in movimento campo magnetico MOMENTO ANGOLARE ⇒ MOMENTO MAGNETICO DI DIPOLO Un po’ di simboli…. MOMENTO ANGOLARE di SPIN: l l è quantizzato (0, 1/2, 1, 3/2, …) e ad esso sono associati (2l+1) stati energetici MOMENTO MAGNETICO DI DIPOLO : µ =γ l rapporto giromagnetico µ Perché l’idrogeno 1H? Elemento Abbondanza biologica Idrogeno 0,63 abbondanza biologica (nell’acqua, legato a formare zuccheri, grassi, proteine) 12C e 16O spin nullo! Sodio Fosforo Carbonio Ossigeno Calcio Azoto 0,00041 0,0024 0,094 0,26 0,0022 0,015 Valori di spin del nucleo di 1H 1 + 2 1 − 2 OBIETTIVO Ottenere dai nuclei di 1H un segnale utilizzato per ricostruire immagini che forniscano informazioni su: abbondanza della specie nucleare struttura delle molecole in cui questi nuclei sono contenuti Interazione tra spin e campo magnetico statico esterno B0 PARALLELI 1) ALLINEAMENTO ANTIPARALLELI da un punto di vista ENERGETICO… 1H a T=20°C e B0=1T nuclei PARALLELI: 10.000.007 nuclei ANTIPARALLELI: 10.000.000 (equilibrio forze magnetiche vs forze di diffusione e di agitazione termica) Magnetizzazione netta M0 M0 B0 Da ricordare: - il processo di magnetizzazione avviene con un andamento esponenziale nel tempo che dipende dall’intensità di B0 e dal tipo di tessuti (costante di tempo T1) - il modulo di M0 dipende della densità dei protoni (N(H)) 2) PRECESSIONE dello SPIN frequenza di precessione angolare rapporto giromagnetico Equazione di Larmor ω0 = γ B0 campo magnetico statico (moto di una trottola sotto l’azione della forza di gravità) Nucleo f0 MHz (B0=1T) f0 MHz (B0=1,5T) 1H 42,6 63,9 19F 40,0 60,0 23Na 11,3 17,0 13C 10,7 16,1 17O 5,8 8,7 N.B.: ω0 = 2 π f0 Nel piano x,y gli spin non precedono in fase M0 è costante e diverso da zero solo lungo la direzione del campo magnetico esterno B0 Che tipo di segnale riusciamo a misurare? Un segnale elettrico, una CORRENTE ELETTRICA campo magnetico variabile ⇒ passaggio di corrente elettrica in una bobina È possibile misurare solo campi magnetici variabili Cosa bisogna fare??? EQUILIBRIO STABILE EQUILIBRIO INSTABILE RISONANZA ACUSTICA Gli spin possono assorbire energia SOLO da onde elettromagnetiche di frequenza UGUALE a quella di Larmor condizione di RISONANZA Le RF costituiscono la forma con cui si trasmette energia apparecchiatura paziente L’impulso RF (breve durata) ha due conseguenze: 1) 2) RIFASAMENTO degli spin ….perchè?? Prima dell’impulso RF Dopo dell’impulso RF