Lezione n.1_16

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