intro2

Principi di Risonanza
Magnetica Nucleare
La RMN è una tecnica
spettroscopica:
•
•
•
•
•
•
•
•
Risonante (0 =  B0 e B1 << B0)
Microscopica (studia le
interazioni magnetiche e/o
elettriche che si manifestano tra
nuclei atomici, atomi e molecole)
Radiofrequenza (4-500 MHz)
È ampiamente utilizzata nel
campo della Fisica dello stato
solido e dei liquidi, nella Chimica
e nel settore farmaceutico
Dal 1975 trova applicazioni in
medicina in alternativa alla TAC
La risoluzione spaziale ( 1 mm)
non dipende della lunghezza
d’onda della radiazione utilizzata
Non utilizza radiazioni ionizzanti
Consente immagini assiali,
sagittali e coronali
MRI Timeline
1946 MR phenomenon - Bloch & Purcell
1952 Nobel Prize - Bloch & Purcell
1950-70 NMR developed as analytical tool
1972 Computerized Tomography
1973 Backprojection MRI - Lauterbur
1975 Fourier Imaging - Ernst
1977 Echo-planar imaging - Mansfield
1980 FT MRI demonstrated - Edelstein
1986 Gradient Echo Imaging - NMR Microscope
1987 MR Angiography - Dumoulin
1991 Nobel Prize - Ernst
1992 Functional MRI
1994 Hyperpolarized 129Xe Imaging
2003 Nobel Prize - Lauterbur & Mansfield
Going toward fundamental
physics: few words on NMR
TECHNIQUE
3 main NMR experimental parameters: spectrum,
nuclear spin-spin relaxation time T2, nuclear spinlattice relaxation time T1
T1n
Nuclei
(T2n)
T1n
Electrons
(T2e)
phonons
T1e
– Nuclei are LOCAL PROBES  sensitive to
hyperfine interactions
– LOCAL MAGNETIC FIELDS AND
DYNAMICS can be studied
In MRI and NMRrelaxometry, sensitivity to
magnetic properties, spin dynamics
and molecular “motion”
The NMR experiment
Some NMR active nuclei
The NMR/MRI signal
General expression :
S(t) = A n *exp (-TE/T2)*(1-exp(-TR/T1)*exp(-bD)
where TE, TR are chosen by the operator while
T1 and T2 are characteristic relaxation times of the nuclei.
• n = density of NMR active nuclei
• T1 is the equilibrium relaxation time (toward nuclei
ground state)
• T2 is a relaxation time that takes into account the time
of energy exchange among like and unlike nuclei
T2 = nuclear spin-spin relaxation time
T1 = nuclear spin-lattice relaxation time
D = diffusion coefficient
The MRI experiment
“Pesatura” Immagini
S(t) = A n exp (-TE/T2) (1-exp(-TR/T1) exp(-bD)
Tempi di rilassamento dei principali tessuti biologici
Tipo di
tessuto
T1 (ms)
T2 (ms)
osseo
1-1000
0.001-1
Muscolare
450-650
25-35
Grasso
180-300
47-63
materia grigia
(cervello)
350-600
90-130
materia bianca
(cervello)
220-350
80-120
fluidi corporei
1000-2000
150-500