venerdi 12 ottobre 2007 - Digilander

venerdi 12 ottobre 2007
La radiologia si basa su onde-raggi x.
Ci sono onde ionizzanti e non ionizzanti, le prime utilizzate proprio in radiologia. Questi tra cui
appunto i raggi x, sono onde ad alto contenuto energetico, e quando arrivano nell’organismo, creano
coppie di ioni, per questo vengono definite così. Anche le onde del telefonino e della tv hanno alto
contenuto energetico, ma è molto minore dei raggi x,e gli “atomi”che formano, sono molto minori!
Le coppie di ioni possono colpire il nucleo delle cellule, quindi l’acido nucleico, il dna, e quindi
portare anche alla necrosi della cellula stessa. Per questo è importante far un esame radiologico solo
quando è necessario! Non come si fa oramai in Italia, come fosse un esame di routine, per evitar la
semeiotica.
La radiografia del cranio, ad esempio già non serve a nulla,ma a maggior ragione, è meglio studiar
bene il paziente.
Le cose da saper innanzi tutto sono:
1.
2.
3.
4.
5.
LE RADIAZIONI
I RAGGI X
COME VENGONO PRODOTTI I RAGGI X
QUALI INTERAZIOI HANNO I RAGGI X CON L’ORGANISMO
I MECCANISMIDI REGISTRAZIONE DELL’ESAME RADIOGRAFICO SU
PELLICOLA O ALTRO
TUTTO NACQUE CON IL PREMIO NOBEL________, che iniziò con la sua mano, registrando su
una pellicola l’immagine della sua mano attraversata da radon!
I raggi x sono delle onde che dal punto di vista energetico sono nella zona più alta delle onde
elettromagnetiche,energia espressa in eV, in basso si arriva ai raggi luminosi, e così via.
Il fascio di raggi x viene prodotto all’interno di un tubo radiogeno, costituito all’interno da un
filamento di tungsteno, al quale viene imposta una fortissima differenza di energia potenziale, che
fa si che tutti gli elettroni della parte più esterna del filamento, si trovino in evoluzione pronti per
esser sottoposti a un fortissimo campo magnetico - elettrico, che viene prodotto dalla differenza di
energia che c’è tra il filamento (catodo),e la componente poco distante dal filamento che funge da
anodo. Questo anodo sarà oggetto di una trasformazione. infatti gli elettroni che colpiscono l’anodo
producono una radiazione ad alto contenuto energetico, il raggio x appunto!
L’anodo è a forma di ruota a velocità incredibile, 70 mila giri al secondo, che può partire da 1000,
perchè quando gli elettroni lo colpiscono oltre al fatto che si produce calore, e oltre al fatto che si
producono i raggi x, allo stesso tempo c’è la necessità di raffreddarlo con degli oli particolari.
Facendolo ruotare non sarà mai lo stesso il punto che viene colpito dagli elettroni, e di conseguenza
il riscaldamento viene distribuito su tutto l’anodo e non su un punto solo.
Quindi si da la possibilità all’anodo di mandare una notevole quantità di raggi x, che si fermano di
fermano di fronte al piombo, tant’è che questo metallo viene utilizzato per rivestire il resto del tubo
catodico, di modo che i raggi vadano nella direzione scelta dall’esecutore, e nel verso del paziente.
Quando colpiscono il paziente, questi interagiscono con le molecole dei tessuti biologici che stanno
attraversando, in tutto ciò può esser indebolito, deviato o assorbito.
Viene assorbito con un meccanismo correlato alla densità del tessuto che attraversa, infatti se
colpisce molecole ad alto peso atomico, ad esempio, è più facile che venga deviato, come nel caso
di tessuto più compatto.
Tutte le informazioni che noi avremo, sono redatte dai raggi x che son riuscititi a passare, però
dando anche le informazioni dei raggi x che non passano.
Es. Rx torace!
C’è una componente che attraversa è da una pellicola nera, infatti non incontrano nessuno ostacolo
attraversando parti meno dense.
Al contrario quelli assorbiti, daranno zone chiara, bianche, più chiara, perchè attraversavo zone più
dense.
______
Abbiamo informazioni su piano bidimensionale, la rx è una misura di volume.
La tc ci da la densità punto per punto, cioè è un’immagine di sezione, su una superficie.
Ora ci son esami che ci danno immagine di volumi, addirittura reali.
n.b.: l’energia assorbita dal paziente non arriverà mai sulla pellicola, i raggi vengono frenati.
Come facciamo a trasformare i dati dei raggi x in immagine.
Ci sono delle sostante colpite dai raggi x che emettono un raggio luminoso, queste sostanze
fluorescente depositate su uno schermo, producono una volta colpite dai raggi x, che vanno a
impressionare sulla pellicola, poi sviluppate con un meccanismo simile a quello che si usava per le
pellicole fotografiche.
Oggi non si usa più questo meccanismo, si è abbandonato lo schermo, le sostanze fluorescenti,
infatti è tutto basato sul digitale, secondo informazioni numeriche-pixel, infatti si parla di pellicole
fotografiche e non radiografiche. Si è passato dall’analogico al digitale, con l’utilizzo appunto del
pc, potendo utilizzare la stampa su pellicola o utilizzando altri metodi di salvataggio come cd, dvd.
Prima di arrivare al digitale si inventò la tc, che nasce come tecnica di ricostruzione di immagine,
da delle immagini trasversali, delle “fettine”, delle slide, che danno informazioni sempre basandosi
sulla densità del tessuto attraversato.
In tc abbiamo un calcolo che mi da la densità punto per punto all’interno della zona che stimo
esaminando, lo fa facendo non una unica misurazione, cioè mandando una volta i raggi sul paziente
e chiudendo lì l’esame, ma lo fa facendo milioni e milioni di misurazioni al secondo, mandando
raggi continuamente sul pz, cambiando però l’inclinazione del tubo radiogeno, oltre alla sua
normale rotazione e inclinazione.
Arrivano milioni di dati al secondo, a secondo dell’inclinazione, della rotazione dal letto del pz.
La densità nell’esame, è una densità relativa, si parte da zero, la densità dell’acqua.
Il vantaggio della tc, è quello di poter metter maggiormente a fuoco una zona rispetto ad un’altra
sempre con u solo e uno solo esame, dipendente dalla densità, grazie alla scala di 40 grigi da bianco
e nero; mettendo infatti a diverso contrasto le varie strutture.
Con la tc posso fare degli studi su tessuto sempre più sottile, o chiedere alla macchina di studiare
una parte in piano sagittale a partire dall’assiale, per arrivare quindi a immagini volumetriche,
spaziali, che mi permettono con particolari tubi radiogeni di studiare l’intero paziente, dalla testa i
piedi, in pochi minuti.
Ci sono macchine con detettori a matrice, ci sono 64 strisce di detettori, cioè a ogni giro ottengo
informazioni in 64 modi, se così si può dire. Cioè per capirci meglio ogni giro mi da 64 slides.
Prima c’erano detettori multibanco – credo si dica così - (2 slides).
Tutto ciò permette, ai giorni nostri:





minor somministrazione del mezzo di contrasto
minor tempo di permanenza in sala esame del paziente
ridotti tempi di apnea
minor invasività
maggior flessibilità dell’esame
maggior dettaglio anatomico, addirittura si può ottenere un angio-tc, con la colorazione o la
tridimensionalità dello spazio di plessi arteriosi o venosi per visionari stenosi e così via.
RM
La rm non usa radiazioni ionizzanti, questo è un vantaggio fondamentale, sono onde radio e un
campo magnetico che ha un’intensità enorme quasi 6000 volte quello terrestre. Questo lo fa perché
si basa su un’interazione tra onde radio e il campo magnetico, questo porta una perturbazione un
disturbo, che è quello che noi andremo a studiare.
Se noi mettiamo un protone idrogeno all’interno del campo magnetico questo andrà a depositarsi
l’interazione nord sud del campo magnetico stesso, questo si chiama momento di mutazione, che fa
ruotare l’asse del protone rispetto al campo magnetico e la sua forza.
Legge di Larmour (uno dei padri della RM)
I = Ω = γ Bo
Questo protone ha un movimento è regolato da una costante g è la frequenza (omega) è
proporzionale all’intensità del campo magnetico, e questa costante se la moltiplichiamo per
l’intensità del campo magnetico ci dice a che velocità ruota lo spin, cioè lo ione idrogeno in ogni
punto.
Per il meccanismo “interno” alla RM è meglio rifarsi al libro!!!lo stesso discorso vale per la
differenza fra il meccanismo che ci porta ad avere il T1 e il T2!!!
La RM ha tempi più lunghi, costa di più e si può fare su tutti tranne su paziente portanti
peacemaker, portanti “clips” di vari aneurismi!
La RM è superiore nella diagnosi delle neoplasie rispetto alla TC!
Allego lucidi E APPUNTI-SBOBS DEGLI ANNI PRECENDENTI che mi sembrano adatti!
Visto che il proff era in sostituzione di TARTAGLIONE e non sapeva della lezione!
Pitch: si definisce il rapporto tra la velocità di movimento del tavolo per la rotazione di 360° e lo
spessore dello strato collimato(mm)
volume: (distretto anatomico esaminato) si definisce come il rapporto tra il prodotto (pitch)e lo….
TAC – RMN
Partendo da immagini di sezione, con queste metodiche sia la TAC che la RMN,
possiamo anche ottenere
immagini di volume, cioè riguardanti il volume del nostro corpo umano,
gestibili anche in maniera 3D.
TOMOGRAFIA
A
ASSIALE
COMPUTERIZZAT
Cominciamo dalla T.A.C.
La Tomografia Assiale Computerizzata è una metodica che utilizza,
analogamente a quanto avviene in radiologia tradizionale, un sistema che sfrutta
i raggi X e le loro modalità di interazione con i tessuti
biologici per ottenere informazioni riguardanti il contenuto del corpo umano.
Come fa? Di fatto qui c’è un tubo radiogeno, il pz viene messo in mezzo, e poi
dall’altra parte del pz analogamente a quanto avviene nella radiologia digitale,
un sistema di detettori.
Cosa sono i detettori? I detettori sono degli affari estremamente raffinati che
ricevono una radiazione X e trasformano questo contenuto energetico della
radiazione X in impulso elettrico; quest’ultimo ha
un’ampiezza che è proporzionale al numero di radiazioni che ha colpito in quel
momento il detettore e di fatto, quindi, questo impulso elettrico che viene
inviato nel computer che si trova dall’altra parte del sistema contiene in se
le info relative a quante radiazioni hanno colpito in quel momento
quelfotoelettrodo.
Se noi immaginiamo che dietro al pz vengono posizionati un numero molto
elevato di questi detettori nella radiologia tradizionale praticamente si tratta di
cassette, molto simili alle cassette radiologiche, in cui ci sta un meccanismo che
consente di trasformare, punto per punto, l’info della radiazione inviata in
una informazione di tipo elettrico che quantizza quante radiazioni sono arrivate.
Invece in TAC il meccanismo prevede che c’è dietro al pz una colonna di
detettori. (Vengono mostrate delle immagini che raffigurano la strumentazione
della TAC).
La colonna di detettori è posizionata in maniera perfettamente simmetrica
con il tubo emettente le radiazioni. Qua ci sono circa 500-600 cellule
fotoelettriche che hanno un particolare sistema che le rende sensibili non ai
raggi luminosi, bensì ai raggi X; queste cellule fotoelettriche, ogni volta
con una
tempistica estremamente rapida, centinaia di volte al secondo, emettono un
impulso elettrico la cui ampiezza è proporzionale al numero di radiazioni che
ha colpito il fotoelettrodo in quel momento.
Quando noi facciamo uno studio TC, e vogliamo ottenere una immagine di
sezione del corpo umano, questo sistema di tubo radiogeno ed i fotodetettori ,
gira intorno al pz in maniera continua.
Il tubo radiogeno, a differenza di quanto avviene nella radiologia tradizionale
ove il flash dura una frazione di secondo, qui resta acceso per 1-2-3 sec e
anche di + se c’è bisogno e, mentre resta acceso ed emette i raggi, viene fatto
girare a velocità costante attorno ad un pz in maniera sincrona al tubo
radiogeno gira anche questa colonna di detettori. Di fatto il pz viene esplorato
dal fascio di raggi X secondo diverse direzioni, a 360°, e vengono effettuate
numerose letture, fotoelettrodo per fotoelettrodo.
Questa cosa fa sì che il fascio di raggi X mostrerà un diverso assorbimento da
parte dei tessuti del pz, a secondo che lo veda in senso antero-posteriore o laterolaterale.
Poi immaginate che tutte queste info vengono lette in maniera continua con un
computer che ricava tutte queste info e il computer, sfruttando un criterio, l’
algoritmo di Fourier, il computer basandosi sui diversi assorbimenti che ha
subito il fascio, a secondo delle diverse inclinazioni, riesce a ricostruire quelli
che sono i valori densitometrici di ogni punto di questa slide.
Cosa sono i valori densitometrici? Noi sappiamo che i raggi X vengono in
qualche maniera assorbiti dal corpo umano in funzione della diversa densità dei
tessuti che lo compongono. Questa è una cosa nota, come il polmone che è pieno
di aria e non assorbe quasi niente a differenza dell’osso, ove il calcio ha un
grande peso atomico e assorbe di + i Raggi.
Quello che noi facciamo con la TAC, a differenza della radiologia
tradizionale è che, i dati relativi all’assorbimento che subisce il fascio vengono
elaborati da un computer e poi questo computer vi darà lentamente delle
immagini in cui la luminosità dei pixel sarà proporzionale a quella che sarà la
densità relativa dei punti che compongono il voxel a cui si riferisce.
Ho in una zona del corpo umano un componente a prevalente base di
acqua, avrà un certo tipo di assorbimento una certa densità radioattiva e se c’è il
Ca, allora sarà + densa e avrò una densità radioattiva + alta. Il tutto è relativo
all’acqua.
La definizione universalmente accettata è che il valore zero sia proprio quello
dell’acqua distillata. Per cui nel caso del liquor, ha una densità che è di 0,2
perché praticamente è poco + denso dell’acqua; il grasso che ha densità + bassa
dell’acqua ha un valore relativo pari a –80, -100; i tessuti nervosi hanno un
valore relativo intorno a 30, 40 unità e tali unità si chiamano Amsfield.
La cosa più importante da un punto di vista diagnostico è che il sangue
uscito dai vasi, cioè una emorragia intraparenchimale recente, ove c’è
coaugulo fresco, si può evidenziare il modo molto semplice per il fatto che ha
una densità pari a 60-80 unità Amsfield, quindi superiore rispetto al tessuto
nervoso anche superiore a quello del fegato ma inferiore a quello dell’osso.
Questo per dire che una emorragia intracranica acuta e recente viene subito
riconosciuta dalla TAC.
Si parla di valori relativi, i quali vengono distribuiti dalle apparecchiature +
moderne in un ambito numerico che varia da +4000 a –4000 o anche da +/8000. Le macchine + moderne hanno maggiore risoluzione nel definire la
densità dei tessuti, però la cosa interessante è che pur cambiando la sensibilità
delle macchine il range da +200 unità a –200 unità comunque è uguale per tutte.
I tessuti che normalmente con densità tra 200 e –200 sono sempre quelli,
solo che le macchine + moderne riescono a fare una discriminazione
densitometrica, cioè sui tessuti a densità simile, in maniera migliore perché vi è
una sensibilità maggiore.
Come si fa? La macchina, sulla base delle indicazioni del radiologo che
stabilisce quali sono le regioni del corpo che noi vogliamo osservare, e questo lo
fa, di solito, dopo aver fatto una Rx preliminare e questo lo fa rapidamente la
macchina facendo scorrere il lettino ma non facendo ruotare il tubo, quindi
è una immagine analoga a quella della Rx. Sulla base di questa immagine
preliminare scegliamo le slides che vogliamo studiare meglio e chiediamo alla
macchina di fare una slides ogni 10mm per es, così che la macchina eseguirà i
comandi.Il risultato che si ha è quello che vedete (immagine di slides TAC
torace).
In questa immagine vedete questo è adipe che ha colore scuro,
tendente al nero e il parenchima polmonare in questa immagine è
totalmente nero perché ha densità ancora + bassa del grasso cioè –500
rispetto al grasso che è –200. Perché i vasi sono bianchi? Perché qui c’è mezzo
di contrasto.Notate quest’altra struttura ancora + bianca che rappresentano
delle calcificazioni dell’arco aortico e questo mezzo di contrasto ha densità +
bassa di quella del calcio.
Perché si usa il mezzo di contrasto? Perché delle volte ci consente di
differenziare le strutture vascolarizzate da quelle non vascolarizzate, come vasi
da linfonodi, tessuto neoplastico vascolarizzato e non e così via. Il mezzo di
contrasto si distribuisce anche a livello di parenchimi, come per esempio il
fegato e ciò ci può far mettere in evidenza delle alterazioni, come per esempio
lesioni metastatiche che cmq avranno il loro contrasto rispetto al parenchima
circostante sano.
La cosa interessante è che, senza fare una irradiazione al pz, sfruttando il criterio
digitale noi possiamo concentrare la nostra attenzione nell’ambito della stessa
immagine a strutture diverse e quindi ottenere delle immagini che ci mettano in
evidenza meglio, cioè ci contrastino meglio alcune strutture piuttosto
che altre. Io posso dire alla macchina che quando mi propone l’immagine, essa
usa i grigi,e i grigi che l’occhio umano può discriminare sono circa 40, io posso
dire alla macchina di sfruttare quei 40 grigi che
ha a disposizione, dal nero al bianco, soltanto in una determinata zona di densità.
Per esempio dico alla macchina di assegnare il grigio centrale alla densità che è
uguale a quella dei muscoli (40) e poi gli dico, tutti i tessuti con densità da 40 a
–200 dai valori da grigio a nero e tutti i tessuti sopra i 40 a 200 altri grigi
tendenti al bianco e tutto ciò oltre a 200 bianco. Nel caso in esempio l’osso
apparirà molto bianco e non sarò in grado di identificare spongiosa o altre
strutture ossee.
Il concetto da afferrare è che noi possiamo dire alla macchina di sfruttare i grigi
che ha a disposizione soltanto in un certo ambito dell’unità amsfield che
vogliamo esaminare, e nel caso del polmone il grigio centrale, cioè la densità del
polmone è a –500. Nel caso del mediastino il valore centrale è +50. Se voglio
studiare l’osso il livello centrale è a +700.
La conclusione è che con una unica immagine ottenuta, cioè con una unica
irradiazione data al pz io riesco ad ottenere immagini per gli organi che
voglio, semplicemente giocando sull’ampiezza della finestra di grigi che
voglio esaminare.
Nel caso del SNC ove il tessuto patologico ha differenza rispetto a quello sano
di 5-10 amsfield, quando si studia il cranio diciamo alla macchina di usare come
grigio centrale la densità della sostanza grigia che è 35 e poi un ampiezza di
finestra che complessivamente non copre + di 100 unità amsfield cioè 50 sopra
e 50 sotto; il risultato finale è che nel cranio.
L’ampiezza di finestra è il range di unità amsfield che noi vogliamo studiare
con i 40 grigi che abbiamo a disposizione.
Le immagini di TAC vengono poi stampate con meccanismo digitale
standardizzato e ciò consente di trasferire le immagini da un pc all’altro.
Le slides che possiamo effettuare con le macchine + recenti possono arrivare
allo spessore di 0,3 mm. E inoltre posso ottenere, con queste, uno studio
dell’intero corpo umano in 12-15 secondi. Se la RMN è,
negli ultimi anni diventata un po’ + veloce, la TAC è incede una indagine flash!
Una macchina TAC che abbiamo fa circa 64 slides in circa mezzo secondo.
Tutto ciò comunque introduce nuove problematiche perché siccome è così
rapido e facile fare la TAC, si estende facilmente a tutti i pz anche se non ve ne
sia bisogno, e sicuramente non è salutare che il pz abbia
tutti quei raggi. Comunque è da dire che, con le tecnologie di oggi, la dose di
raggi data con una Rx è circa 1000volte inferiore rispetto a quella fornita con
una TAC.
Come mai le macchine oggi sono + rapide? Perché rispetto ad una volta ove
il tubo radiogeno scorreva intorno al pz che consensualmente anche la catena di
detettori si faceva tutto il giro e poi si fermava perché il tubo radiogeno e i
detettori erano attaccati al pc da fili elettrici e ciò non
consente di far girare troppo!! Oggi se ancora trovate tali macchine vengono
solo usate per cranio ed inoltre fanno delle immagini da schifo.
Le macchine nuove hanno subito un grande intervento in termini qualitativi, cioè
in velocità di scansione, ed utilizzano il sistema detto “a contatti striscianti”che
consente a tubi radiogeni e detettori di correre continuamente intorno al pz,,e,
siccome sono in comunicazione con contatti striscianti oggi non vi è + il
problema del filo che blocca fisicamente il giro della macchina.
Ruotando continuamente intorno al pz ed intanto emettendo raggi, e
dotandole di particolari tubi radiogeni di recente composizione, in grado di
essere accesi anche 60-70-120 sec in modo continuativo, quello che succede è
che il sistema di detettori compie intorno al pz una specie di spirale; se a tutto
ciò associamo un pc di potenza notevole di fatto siamo in grado di ottenere non
solo info su una singola slide ma dell’intero volume.
La metodica si chiama TC SPIRALE o VOLUMETRICA.
Ci sono dei parametri che consentono di controllare la qualità delle immagini e
con le nuove macchine, ottenendo slide da 5mm e facendo stare in attività il
tubo per 60 sec, mandando il lettino avanti 5mm al sec io in 1 min riesco ad
esaminare 30cm.
Oggi hanno inventato anche un’altra cosa : invece di leggere il fascio di raggi X
con una colonna di detettori, sfruttando un meccanismo di detettori molto simili
ai led delle macchine fotografiche o camere CCD di fatto possiamo avere una
specie di banda, sensori a raggi X, che è composta da tante slides
contemporaneamente. Tale meccanismo consente di ottenere non solo + una
slide alla volta ma 32 o 64 o 128 nelle + recenti. Ciò significa che anche in
termini di durata della scansione posso, con queste apparecchiature dette
MULTISLIDES , ottenere degli accorciamenti della durata di 4, 8, 30, 40
volte!!!!
Un torace in 3 sec, total body in 12 sec.
Si possono fare anche studi dinamici, per es se inietto mezzo di contrasto e
aspetto che arriva in aorta e fare studio volumetrico dell’aorta in altissima
qualità, sovrapponibile all’angiografia senza però essere così invasiva.
Attualmente con la TC cranio si vedono anche degli aneurismi di 1-2 mm.
Quindi in questo tipo di macchine ove abbiamo + detettori e in + usiamo tecnica
spirale ci consentono di ottenere delle ottime immagini in tempi rapidissimi.
Chi tanto tempo fa credeva di poter fare una diagnosi differenziale
senza invasività di angioma e metastasi o epatocarcinoma?!
Le potenzialità oggi offerte dalla diagnostica per immagini sono tante. Vi faccio
solo l’esempio di un pz.
che arriva in pronto soccorso e, mentre un tempo era sottoposto ad Rx e il +
delle volte si passava subito alla sala operatoria per aprire il pz. e valutare i
danni oggi, in pochi minuti, si possono ottenere molte + informazioni senza
dover necessariamente aprire il pz.
RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE
Valutiamo la Risonanza Magnetica Nucleare. (RMN)
Cosa ha in comune la RMN con la TAC? Chiaramente non il processo di
interazione energetica, anzi questa è una grande differenza. La TAC usa i raggiX, l’ecografia usa gli ultrasuoni e la RMN usa un campo magnetico
estremamente potente in associazione ad onde radio. Per capire la RMN bisogna
capire quali mezzi usa la RMN per ottenere e darci, quindi, informazioni sul
tessuto biologico.
Il primo concetto da capire è che il protone idrogeno, che ha un nucleo molto
particolare con un solo elettrone sull’orbitale esterno, è caratterizzato da un
carica e, siccome ha anche un momento, che essendoci una carica si
trasforma in momento magnetico, è da considerarsi come se fosse una piccola
calamita. Questa spiegazione data è molto semplificata in quanto il tutto è molto
complesso ed esula dagli obiettivi del corso.
Quindi consideriamo il protone idrogeno (H+) come una piccola calamita che
ha un nord ed un sud, legata al fatto che ruota su se stessa in maniera continua.
Questo movimento di rotazione viene chiamato spin.
Di fatto se H+ si trova in una situazione di tipo , nn so, normale, immaginiamo
la nostra aula, questo non sarà sottoposto a nessun influsso particolare ed è
libero di ruotare e il suo asse rotazionale di fatto è libero di ruotare nello spazio
senza una particolare direzione. Quindi se noi volessimo sommare i vettori dei
singoli campi magnetici di tutti i H+ contenuti in quest’aula, la somma
totale sarebbe zero, cioè quest’aula non esprimerebbe campo magnetico.
Se però il H+ viene inserito all’interno di una calamita, pensate se mettete
due calamite una vicina all’altra, il H+ tenterà di orientarsi secondo le linee del
campo magnetico. Di fatto quindi ci sarà una popolazione di H+ che in qualche
maniera subisce l’influsso del campo magnetico e (diciamo) si mette nella stessa
direzione del campo magnetico stesso. Se fossimo a 0 gradi kelvin (-273,16°C)
questi H+ sarebbero tutti proiettati nella direzione e nel verso del campo
magnetico.
Ma, siccome siamo a +37°C, cioè nei tessuti biologici, questa temperatura
genera questa popolazione di H+ che tende naturalmente a passare da uno
stato di quiete che è data dalla direzione del campo magnetico a uno stato
di attività che ha stessa direzione ma verso opposto.
Tuttavia la maggioranza dei H+ è in direzione del campo magnetico; si
tratta di una maggioranza minima, sono pochi…per farvi capire l’ambito delle
energie che poi entrano in gioco.
Ma è importante perché la RMN si basa proprio su questa piccola popolazione
di H+ messi nella stessa direzione del campo magnetico, perché è questa che fa
il differenziale.
Un altro concetto che dovete sapere e questa è la
legge di Larmor =
che potrebbe essere chiesta da qualche infame all’esame (testuali parole).
La legge di Larmour dice che questi H+, che ruotano attorno a se stessi
(movimento rotazionale) , hanno anche un altro tipo di movimento che si
chiama movimento precessionale dell’asse di rotazione. Ciò
significa, che questi H+ pur ruotando in direzione del campo
magnetico hanno anche un altro movimento, che si chiama di precessione,
che fa allontanare il loro asse di rotazione in direzione del
campo magnetico. Di fatto loro compiono una sorta di orbita precessionale,
ruotando continuamente.
Questo ulteriore movimento di rotazione dell’asse del H+ sulla base
dello spin, viene chiamato movimento di precessione ed è di fatto qualcosa
che si può misurare in termini di frequenza.
La frequenza sottostà ad una legge, legge dell’inventore della RMN, che ha
scoperto che la frequenza di precessione del H+ è legata ad una costante che
è 40 Mhz circa, e all’intensità del campo magnetico
in quel punto. Che vuol dire? Che se il campo magnetico in un certo punto ha un
intensità 1000tesla, ad 1 tesla noi, conoscendo la costante gamma per H+
(40Mhz), sappiamo che H+ che sta in quella zona ha
una frequenza di precessione pari a 40Mhz, e40Mhz x 1 tesla = 40
Quindi ipoteticamente se io so qual’è l’intensità di un campo magnetico in un
determinato punto conosco anche la frequenza di precessione dei H+ in
quell’area. Semplicemente conosco il campo magnetico in quel punto. Questo
diventa interessante perché è proprio alla base del meccanismo con cui noi
riusciamo a dare energia a questi H+ e, successivamente, a ricevere in cambio
nuovamente energia in risposta e quindi sulla base dell’energia che riceveremo
in risposta acquisiremo quanti H+ ci sono lì.
Come funziona? Se io sono a 1 tesla e ho tutta una popolazione di H+ che
prevalentemente sono nella direzione del campo magnetico posso dare ad alcuni
di questi H+ energia sotto una forma, cioè sotto la forma ONDA RADIO, che
però deve avere una particolare frequenza, la frequenza è esattamente la
stessa di quella frequenza di precessione di questi H+; cioè se ad 1 tesla so che i
H+ hanno frequenza di 40Mhz se io gli do una radiofrequenza che abbia
appunto la frequenza di 40 Mhz questa radiofrequenza è capace di prendere
selettivamente quei H+ con quella velocità (frequenza di precessione) e fornire
ad altri protoni l’energia necessaria per passare allo stato parallelo che è quello
ad energia normale allo stato antiparallelo, che è lo stato ad alta energia
di questi protoni. Quindi si eccitano questi protoni e successivamente
però, per la legge dell’entropia, vanno in rilassamento e come fanno per
rilassarsi e quindi tornare in condizioni normali cedendo nuovamente questa
energia? Secondo voi che frequenza avrà l’onda radio che loro producono in
risposta, al momento in cui cedono energia? La stessa con cui i
H+ precedono, che conosco e che so qual è l’intensità del campo magnetico a
cui essi sono sottoposti.Se conosco l’intensità del campo magnetico in un
determinato punto, posso eccitare selettivamente i H+ in quel punto e leggermi
in risposta, quando gli H+ tenderanno a tornare in condizioni di base, il segnale
che emettono sottoforma di onde radio. Questo è il punto base.
Come faccio a sapere per es. da dove viene emessa questa energia? Come faccio
per es., a discriminare all’interno della testa del pz. tutto ciò?
Per fare questo devo utilizzare dei meccanismi di slocalizzazione del
segnale, devo slocalizzare il segnale, e la cosa iniziale che viene fatta ed è
anche la + semplice da fare è come, per es., localizzare la
slides che noi vogliamo studiare.
Il pz è immerso in un apparecchio di 1,5 tesla in cui quindi, al punto zero
della parete del magnete, l’intensità del campo magnetico è di 15000 millitesla.
Posso dire alla macchina accendendo particolari antenne che si trovano
all’esterno del tunnel ove viene inserito il pz. posso far in modo che la macchina
vari l’intensità del campo magnetico in maniera variabile e far in modo che sul
collo ci sia un campo magnetico di intensità di 14900 millitesla e sugli …..
un campo magnetico di 15100 millitesla. La procedura chiaramente fa sì che
l’intensità del campo magnetico cambi in maniera ben precisa, variabile,
dal basso verso l’alto, in maniera costante, controllata in questo caso grazie a
delle bobine che modulano l’intensità del campo magnetico. Queste sono le
bobine aggiuntive a quelle che crea il campo magnetico principale che è stabile
e torna a 15000 millitesla. Cosa fa sì questo? Fa sì che all’altezza del fondo con
questa frequenza di precessione sono gli H+, ma andando + su la frequenza
chiaramente aumenta fino a diventare 64 milioni di Hz.
Vuol dire che se per es. io volessi eccitare, ma in maniera selettiva, tutti i H+
contenuti in questa slides che si trova a + 4cm, + 5cm dal punto zero, io so che
in questa zona i H+ ruotano (precedono) con una frequenza di precessione che
va da 64,34 a 64 e 76 Mhz.
Quindi se io do, mentre che è applicato questo magnete, tutto lo spettro di
radiofrequenza è contenuto tra i due valori di fatto avrò eccitato
selettivamente soltanto i H+ contenuti in quella slides. In questa
maniera, quindi, tutto il segnale che io otterrò indietro quando leggerò le
radiofrequenze che questi mi emettono ritornando alle condizioni base, sarà
esclusivamente proveniente da quei H+ che stanno in quella slides e non da
tutti gli altri.
Chiaramente questo è il modo per riconoscere solo la slide poi bisogna capire
come fa la macchina a riconoscere la provenienza il segnale all’interno della
slide e quindi come fa a riconoscere la posizione sul piano X e sul piani Y, ma
ciò diventa ancora più complesso. A me già basterebbe che voi capite che è
un meccanismo di questo tipo, con radiofrequenza a una certa frequenza che
scelgo io e poi torna indietro la onda emessa dai H+ in maniera proporzionale a
quanti H+ sono presenti in quel punto.
Ma ci sono delle complicazioni a questo punto, altrimenti la RMN sarebbe
veramente semplice.
Il primo concetto è che questi H+, dopo che sono stati eccitati, tornano a
rilassarsi e quindi compiono un
processo che si chiama rilassamento, che in qualche modo è costituito da +
componenti, di cui, senza dubbio, la + importante è il rilassamento
longitudinale o tempo di rilassamento T1.
Cosa è? È un processo che in qualche maniera esprime il fatto che gli H+ che
hanno ricevuto energia in maniera continuativa per un periodo variabile intorno
a 200 – 2000 – 4000 millisec dopo un impulso di radiofrequenza tendono a
tornare in condizioni di base e a cedere energia all’ambiente; cioè quindi, se io
do un impulso, per circa 2-4 sec mi devo aspettare che da quella zona venga
emessa una radiofrequenza che all’inizio è molto poca ma man mano che gli H+
tornano alle condizioni di base, la radiofrequenza emessa da quella zona è
progressivamente sempre di meno. Questo tempo di rilassamento longitudinale
come vedete, alla fine, raggiunge l’asintoto e la deviazione è minima, all’inizio
invece, è abbastanza importante.
Si definisce tempo di rilassamento t1 il tempo che decorre dal momento in
cui io ho mandato l’impulso e il momento in cui il 63% dei H+ contenuti in
quella slides è tornato alle condizioni di quiete.
Perché si definisce questo? Perché si è visto che questo tempo di rilassamento
t1 varia da tessuto a tessuto! Ciò ci comporta la possibilità di differenziare in
base al differente comportamento dal punto di vista del tempo di rilassamento
t1, i tessuti in cui questo meccanismo è molto rapido, cioè il grasso riceve
la radiofrequenza ma la emette anche subito per tornare alle condizioni di base
rispetto ad altri tessuti che al contrario ci mettono molto + tempo prima di
cedere tutta l’energia immagazzinata e ritornare in condizioni di base.
T1 (msec) T1 (msec) T1 (msec) T2 % Densità
O,3 T 1,4 T
2,4 T
Protonica
Adipe 245 260 279 60 9,6
Sostanza grigia 580 764 850 88 10,6
Sostanza bianca 380 560 720 72 10,6
Liquor 1155 1500 2000 140 10,8
Come vedete in questa tabella, questi tessuti sono differenziabili tra loro perché
ognuno ha un tempo T1 diverso. Come anche noterete, c’è una tabella
differenziata, cioè a 1,4 tesla, molto simile a campi che abbiamo noi, come
vedete questo tipo di tessuti cambiano, cioè cambiano le differenze tra i
valori.
Analizzate il liquor a 2,4 tesla, la tabella vi dice 2000msec come t1 e questo è un
messaggio interessante : nelle macchine ad alto campo abbiamo la possibilità di
contrastare meglio i tessuti in base al differente t1 e ciò ci consente di
ottenere delle immagini in assoluto con maggior contenuto
informativo. La macchinetta a basso campo, quella del cosiddetto magnete
aperto, è una macchina che magari fa indagini in maniera + piacevole per il pz.
perché è aperta, ma essendo a basso campo è una macchina che dà uno
scarso contrasto e, vi dico di +, in genere non sono in grado neanche di
fare grossi esami, per es l’angioRM fa schifo e la risoluzione delle immagini
anziché essere a 1mm può essere a 5mm. Il concetto che dovete capire ancora di
+ è che una macchina a basso campo usa un tipo di energia molto molto
minore a quella usata da una macchina ad alto campo. Per fare passare un H+
dallo stato di quiete allo stato di attività, a basso campo basta un onda a 20 Mhz,
ad alto campo ce ne vuole una a 64 Mhz che, chiaramente, ha un contenuto
energetico maggiore e quindi maggiori info nel momento in cui leggiamo
l’esame cioè :
1. maggiore contrasto.
2. maggiore risoluzione spaziale.
Quindi la scelta che dovete fare quando manderete i vostri pazienti per fare una
RMN, compatibilmente con quella che è la compliance del pz., deve essere
proiettata verso macchine ad alto campo, in mani sicure. Per fare una RMN ci
vuole 1 min o 10 mins, ma in 1 min si fa un certo numero di cose mentre in
10 molte di +.
Purtroppo il rilassamento T1 non è l’unico, ce ne è anche un secondo e questo,
vi posso garantire, è un meccanismo molto + complesso.
Il rilassamento trasversale T2 è un qualcosa che incide moltissimo sulla
info che noi andiamo a leggere. Seguendo T1, l’energia emessa da H+ viene
emessa dopo l’impulso di radiofrequenza in un periodo che varia intorno ai 24sec. L’altro meccanismo che si inserisce in questo che fa sì che le info che
noi possiamo leggere, di fatto, possono essere lette soltanto nei primi 400 msec
dall’impulso, perché dopo questi primi 400msec avviene un qualcosa di
imponderabile ed incorreggibile che ci farà perdere
completamente la possibilità di leggere il segnale emesso da questi H+.
Che cosa succede? Il concetto di base è che dopo che noi diamo la
radiofrequenza, questa, oltre che portare i H+ in uno stato attivo, ottiene un altro
effetto, cioè li mette tutti nello stesso punto dell’orbita precessionale, cioè che
loro cominceranno a ruotare dopo la radiofrequenza tutti assieme. Questa cosa ,
se vi ricordate il discorso dei magnetini, farà sì che in quella zona ci sarà un
unico campo magnetico dato dalla somma di tutti i H+ contenuti che appunto
ruoterà sull’asse precessionale, cioè il campo magnetico è dato da tutti i H+ che
ruotano insieme lungo l’asse precessionale; ciò fa si che, se noi mettiamo un
antenna accanto al pz in quel momento leggiamo tantissimo segnale perché quei
H+ che stanno ruotando tutti insieme e stanno emettendo anche
radiofrequenza perché stanno anche ritornando allo stato di quiete, sono tutti
sullo stesso punto dell’asse precessionale dando tanto tanto segnale. Succede
però, purtroppo, che questi H+ perdono la coerenza di base, si dice così
quando sono tutti sullo stesso punto
dell’orbita precessionale ma quando però per effetto di un altro fenomeno,
che si chiama appunto rilassamento trasversale o T2, loro perdono questa
coerenza di base e succede che dopo circa 400 msec tutti i H+ si troveranno
dispersi sull’orbita precessionale.
Si definisce come tempo di rilassamento trasversale o T2 il tempo in base al
quale il 63% dei H+ ha perso la coerenza di base.
Per quanto riguarda il t2, ancora una volta abbiamo a disposizione un modo per
differenziare tra loro i tessuti.
Ora avuti T1 e T2, se avessi un meccanismo in grado di screenare la differenza
tra i tessuti in base al loro T1 e al loro T2 sarei in grado di ottenere quindi
un diverso contrasto da questi tessuti quindi poi, successivamente sarei in
grado di riconoscere la differenza tra questi tessuti. Quindi di fatto noi abbiamo
un modo per distinguere, sia in baso al diverso t1 sia in base al diverso t2, i
tessuti biologici tra loro perché ciascuno ha il suo t1 e il suo t2.
C’è un altro concetto che è la % di densità protonica (D.P.) che indica quanti H+
sono contenuti in una determinata zona di tessuto che noi esaminiamo. Questo è
molto semplice e non dipende dalla macchina che noi stiamo utilizzando ma
proprio da quanti H+ ci sono. Il grasso ne ha di meno della sostanza bianca
per es. La D.P. è molto semplice. Io emetto un impulso e, a seconda di quanto è
forte quell’impulso che ritorna indietro io so orientativamente quanti H+ ci sono
dentro. Quindi forse tra tutti questo è il + semplice da riconoscere.
Per complicarvi ancora di + le idee, e farvi capire che la RMN non è proprio un
gioco da ragazzini, ci si mette in mezzo anche un altro fenomeno. Vi ho detto
che T2 è un fenomeno che fa si che nell’arco di 200-400 msec io perdo
completamente la coerenza di fase in maniera non controllata, beh,
tenete presente che esiste comunque, nell’ambito di questo fenomeno T2, un
sottofenomeno che si chiama
T 2 *(t2 star) che è un qualche cosa legata al
fatto che il corpo umano non è contenuto in ambienti di aria ma bensì è di per se
un ambiente reale, in cui c’è una certa disomogeneità nel campo magnetico
collegata a numerosi fattori.
Questo fa si, questo , che dopo che io ho mandato l’impulso di
radiofrequenza non passano 400 T 2 *msec prima che io perda la coerenza di
fase, ma ne passano solo 5 msec. Dopo 5msec io non riesco a
guardare niente.
Questo tipo di problema, tuttavia, è un problema correggibile , cioè
la macchina sfruttando dei meccanismi, che cercherò di spiegarvi
rapidamente, è in grado di correggere questo problema e fare in
modo, in particolare, che si possa contenere, dopo che i H+ hanno perso la fase
nell’arco di questi pochi msec, si possano ottenere, a distanza di un tempo che
decidiamo noi stessi, un nuovo ritorno in fase degli stessi H+, un cosiddetto
eco. Di fatto noi siamo in grado di correggere questo problema utilizzando un
meccanismo che fa si che i H+ che prima erano stati eccitati da
un impulso di radiofrequenza successivamente ritornino, dopo che hanno
perso la coerenza di fase dopo i primi 5 msec, grazie a
, T2 *
ritornino di nuovo in fase a distanza di un tempo X che decido io, in modo da
poter leggere questo eco con l’apparecchiatura e quindi valutarne l’intensità
e quindi le caratteristiche in generale contenute dentro.
Come funziona? Quando io do un impulso di radiofrequenza tutti i H+ sono
sullo stesso punto dell’orbita precessionale e successivamente per quei fenomeni
di
perdono la coerenza di fase. T 2 *
Dopo che viene perso il segnale dovuto al fenomeno di , io applico a questi
H+ un nuovo impulso di T 2 *radiofrequenza molto potente che è in grado di
invertire la loro posizione sull’orbita precessionale. Ora vi faccio un es. molto
calzante : immaginate che si faccia una corsa di cavalli e tra questi c’è uno che
va + veloce e altri di meno; mettendo il caso che i cavalli vanno alla stessa
velocità ad un certo punto quello + veloce è davanti a tutti e i più lenti sono
dietro. Se in questo momento ordino l’alt e anche di tornare tutti alla base,
mantenendo la stessa velocità che avevano all’andata , torneranno
tutti alla base contemporaneamente.
Il meccanismo con cui funziona questa sequenza di impulsi è proprio questo :
nel momento in cui do un impulso di radiofrequenza questi si invertono, si
trovano nel punto opposto, cioè ci sarà un momento in cui tutti entrano in
coerenza di fase. In quel momento io leggerò il cosiddetto eco.
Sfruttando questa frequenza io riuscirò ad ottenere tutte le info necessarie per
leggere l’immagine. In particolare, dovete sapere che un’immagine è composta
da tante righe, fate conto che se la risoluzione è 256x256 allora vi saranno 256
righe ed altrettante colonne.
Ogni volta che leggo un eco, se do un impulso a 90° e uno a 180 °, la macchina
sarà in grado di ottenere tutte le informazioni relative ad una di queste righe di
queste immagini, per cui se io volessi ottenere delle info di tutte le righe di
questa immagine dovrei ripetere questo meccanismo 90/180 circa 256 volte,
visto che la risoluzione è 256. Quindi la sequenza di impulsi va ripetuta tot.
volte quante sono le righe che compongono l’immagine.
In questo modo io ottengo , ad ogni eco, tutti i dati provenienti da una
media di quelle immagini, complessivamente avrò i dati che riguardano tutta
la slide che sto studiando.
La cosa simpatica per utilizzare questo meccanismo è che, come avete capito, in
quella stessa slide io devo dare continuamente l’impulso che mandi tutti i H+ in
condizioni di eccitazione, in modo da ottenere un segnale da questi quando
ritorneranno a riposo. Tenete presente questo : se io do un impulso di
radiofrequenza, soltanto i H+ che sono in condizioni di fase saranno in grado di
andare allo stadio di eccitazione, tutti quelli già eccitati dagli impulsi precedenti
non lo possono fare.
Questo significa che se io esamino una slide, alla fine non è una
singola linea che da il segnale complessivo di quella slide ma è la somma di
tutte le linee che mi dirà qual è il contrasto di quella slide.
Infatti se io uso un tempo di ripetizione molto lungo, cioè 90-180 eco ogni 20003000 msec tutte le volta che darò un impulso a 90° tutti i H+ che sono in quella
slide risponderanno a quell’impulso e mi daranno il segnale. Quindi non avrò
nessuna riga in mezzo perché tutti mi rispondono al segnale. Al contrario, se
io utilizzo un tempo di ripetizione + breve, inferiore a 600msec, siccome l’acqua
ha 1500 msec come tempo di rilassamento, vuol dire che durante tutto l’arco di
impulsi che ripeto 256 volte, dopo 3-4 impulsi le regioni che contengono acqua
non hanno + la possibilità di rispondermi al segnale emesso dalla macchina e
di conseguenza emetteranno un segnale complessivamente + basso.
Questo significa che se io modifico questo parametro che si chiama Tr, tempo
di ripetizione, posso in qualche modo agire sul meccanismo del contrasto
evidenziando o meno le differenze in termini di t1 dei tessuti che sto
esaminando.
Se utilizzo un tempo di irradiazione molto breve, soltanto i tessuti con T1
breve risponderanno al momento dell’eco mentre quelli con t1 + lungo non
potranno rispondere, quindi avranno poco segnale quelle zone ove c’è il liquor,
per es..Si dice che saranno delle immagini IPOINTENSE.
L’altro parametro che vi consente di differenziare tra loro i tessuti in base a T1 e
T2 è il tempo di eco.
Guardiamo a t2 .
Il tempo di eco è il tempo che passa tra l’impulso a 90 e il momento in cui perdo
l’eco. Come faccio a decidere il tempo di eco?Semplice. Se io do un impulso a
180 con 20 msec, l’eco sarà esattamente dopo 40 msec perché avviene
esattamente nel tempo doppio rispetto al tempo che ho fatto passare tra
l’impulso a 90 e quello a 180.
Se io faccio passare 10-15 msec, cioè un tempo breve tra l’impulso di
radiofrequenza che eccita i H+ e quello che l’inverte, avrò un eco intorno a 30
msec o meno e ciò significa che quei 30 msec l’effetto T2 di far perdere la
coerenza di fase in maniera incontrollabile è minimo, mentre se faccio passare
100 msec l’effetto T2 sarà molto + importante.
Andando a studiare le combinazioni di Tr3 e Tr1 se io divido un Tr abbastanza
lungo da far tornare in condizioni di fase tutti i H+ ad un impulso e un T di eco
molto breve da non farmi sentire l’effetto di T2, alla fine il segnale che ottengo
si riferisce a tutti i H+ che ci sono e che non viene nemmeno indotto dagli
effetti di T2 e quindi avrò informazioni complessive sulla D.P. che ci sta in quel
punto.
T r lungo che non fa sentire gli effetti del T1, ma T di eco lungo che invece
mi fa sentire gli effetti del T2 avrò soltanto delle slide ove le info che leggerò
rifletteranno soltanto un diverso comportamento T2 dei tessuti contenuti in
quella slide. Liquor sarà bianco!!
Se uso invece il T r breve e il T eco breve , per il primo parametro otterrò
una dipendenza
dal T1 e per il secondo parametro, al contrario, non riceverò nessun influsso dal
T2; usare
il T di eco breve, quindi non ci sarà una differenza del segnale che leggo
legata al
comportamento T2 dei tessuti.
Se utilizzo al contrario un T eco breve pur mantenendo Tr lungo in modo
da non avere dipendenza da T1 avrò delle immagini che non sono dipendenti né
da T1 né da T2 ma che esprimeranno dal punto di vista dell’intensità di segnale,
quello che è la densità protonica del tessuto sottoposto all’esame.
In conclusione, moltiplicando questi parametri, Tr e Te, cosa che io
posso fare utilizzando l’apparecchiatura, posso ottenere immagini più o
meno dipendenti ove il liquor lo vediamo nero, la sostanza bianca, bianca e la
sostanza grigia, grigia.
Tr lungo e Te lungo avrò delle immagini T2 dipendenti con liquor bianco. C’è
alta sensibilità per liquidi, come acqua e quindi alle lesione edematose del
cervello per esempio o cmq di qualsiasi tessuto.