Applicazioni Cliniche della RM ad alti campi

Applicazioni cliniche della RM ad
alti campi
Dott.ssa Simona Cammaroto, Medico Radiologo,
IRCCS Centro Neurolesi Bonino-Pulejo
La storia della Risonanza Magnetica
Bloch e Purcell (1946)
Raymond Vahan Damadian (1971)
La storia della Risonanza Magnetica
Paul Lauterbur e Peter Mansfield (1973)
Museo di Silkeborg,
Silkeborg, Danimarca
Il corpo umano è costituito per la maggior parte da
protoni di idrogeno
Cenni di fisica
Cenni di fisica
Questa precessione mostra una frequenza tipica
detta frequenza di Larmor che si trova
nell'ordine dei MHz:
ω₀⁼γB₀
Per mettere in risonanza i protoni dell’Idrogeno, si
invia un’onda radio con frequenza pari alla
frequenza di Larmor per l’Idrogeno (ad esempio,
per un campo di 1 Tesla è pari a 42 MHz).
Mettere in risonanza un protone significa fornirgli energia (è un
fenomeno analogo alla spinta che diamo ad un’altalena che, se
data al momento giusto, fa aumentare l’ampiezza delle
oscillazioni).
Cenni di Fisica
Inviando l’impulso di radiofrequenza (RF) sugli atomi compresi
nel campo magnetico si determinano principalmente due cose:
1) la sincronizzazione dei protoni nella stessa fase di precessione
(ruotano alla stessa frequenza ed in maniera coordinata); quando i
protoni precedono in fase tra loro, si genera un vettore di
magnetizzazione trasversale, che ruota nel piano x-y. Questo
vettore genera una piccola corrente rilevabile nel circuito
ricevente (antenna); un impulso RF capace di spostare la
magnetizzazione M sul piano x-y viene definito impulso di 90°.
Cenni di Fisica
2) il passaggio di alcuni protoni dal livello energetico basso (paralleli
a B0) al livello energetico alto (antiparalleli a B0).
Un impulso RF di durata o intensità doppia rispetto a quello di
90°, è in grado di ribaltare il vettore di magnetizzazione M in
posizione antiparallela rispetto a B0 ed è perciò detto impulso
di 180°.
Se sul paziente viene applicato un campo
magnetico ad un’esatta frequenza e con 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.
Una volta cessato l’impulso RF si verifica:
1) la progressiva desincronizzazione della
precessione dei protoni, con conseguente
decadimento della magnetizzazione
trasversale (FID);
2) il ritorno ad un livello energetico basso
da parte dei protoni che avevano subito
un’inversione di 180°.
In ambedue i casi si parla di rilassamento
durante il quale si generano degli impulsi
misurabili tramite la bobina.
Tale rilassamento avviene con due costanti di tempo
distinte:
- 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),
- T2: indica la rapidità con cui si distrugge la componente di
magnetizzazione trasversale in condizioni ideali e dipende
dall'interazione di protoni vicini (rilassamento spin-spin).
Essendo espressione di proprietà fisiche diverse, queste costanti sono in generale
indipendenti l'una dall'altra e funzioni dell'intensità del campo magnetico.
In teoria, sarebbe possibile effettuare misurazioni rilevando il segnale emesso da una
grande varietà di nuclei atomici, come ad esempio il sodio, il fosforo, il carbonio e
l'idrogeno, impostando la frequenza di risonanza delle bobine a radiofrequenza al
valore appropriato.
1,5 T vs 3T
E’ noto che il tempo di rilassamento longitudinale T¹
è più lungo a campi magnetici elevati piuttosto che a
campi magnetici inferiori.
Il T¹ è definito come il trasferimento di energia dai
protoni eccitati alle strutture circostanti (spin-lattice).
Il T² risulta essere indipendente dalla potenza del
campo magnetico.
VANTAGGI
Aumento del rapporto segnale rumore
Aumento del rapporto contrasto rumore
Aumento della qualità e della risoluzione
delle immagini
Riduzione della durata delle sequenze
Riduzione degli artefatti da movimento
Aumento del chemical shift
SVANTAGGI
Aumento del SAR (quadruplicato rispetto 1.5T)
Artefatti da flusso, da interfaccia aria/tessuto, da
chemical shift, dielettrici.
Molti impianti (protesi, pompe per infusione,
etc) non sono stati testati a 3T.
Si rende necessario l’utilizzo di tappi per le
orecchie.
ACR white paper on magnetic resonance safety
SAR
-
Il SAR (rateo di assorbimento specifico medio) misura la
quantità di potenza da radiofrequenze assorbite dal corpo
quando è esposto ad un campo elettromagnetico.
Dipende da :
I parametri del campo incidente (intensità, frequenza,
polarizzazione);
Le caratteristiche del corpo esposto (dimensioni, geometrie e
proprietà dielettriche dei tessuti attraversati);
Gli effetti di terra e di riflessione di altri oggetti (corpi
metallici).
Il valore limite per pazienti, volontari sani e lavoratori non deve
superare l’innalzamento della temperatura corporea di 1°C.
Al fine di ridurre il tempo di scansione e
conseguentemente il SAR, è stato introdotto il
concetto dell’Imaging Parallelo .
Tale metodica, che può essere effettuata solo con
bobine phased array, riduce i dati del K-spazio nella
codifica di fase.
K-SPAZIO: è una memoria temporanea delle
informazioni sulla frequenza spaziale in due o tre
dimensioni di un oggetto
Rappresentazione di K-spazio nelle EPI
SENSE (sensitive encoding) :
esemplificazione cartesiana della
trasformata di Fourier;
GRAPPA e MASH: sono algoritmi di
esemplificazione del K-spazio di seconda
e terza generazione e dipendono dal
numero degli elementi della bobina.
Pompe per infusione
Programmable Infusion Pump and Catheter:
Evaluation Using 3-Tesla Magnetic Resonance
Imaging.
F. G. Shellock, R. Crivelli, R.Venugopalan.
Neuromodulation: Technology at the neural interface,
Vol.11, num. 3, 2008.
(MedStream Programmable Infusion Pump)
Surriscaldamento, cambiamenti della funzionalità e
artefatti.
Artefatti
Artefatti della FLAIR
Applicazioni Cliniche
Apparato muscolo scheletrico e tessuti
molli;
Addome;
Cuore;
Tecniche Whole Body
Studi neuroradiologici
Osteo--articolare
Osteo
Relationship of compartment-specific structural knee status at baseline
with change in cartilage morphology: a prospective observational study
using data from the osteoarthritis initiative; F. Eckstein, W. Wirth, M.I
Hudelmaier, S.Maschek, et All.; Arthritis Res Ther. 2009; 11(3): R90.
Tessuti molli
Preliminary study of 3T 1H MR spectroscopy in bone and soft tissue tumors;
QI Zi-hua, LI Chuan-fu, LI Zhen-feng, ZHANG Kai, WANG Qian, YU De-xin;
Chinese Medical Journal, 2009, Vol. 122 No. 1 : 39-43
Addome
Cuore
Le applicazioni a 3T consentono la
visualizzazione dei sei segmenti
dell’arteria coronaria di destra.
MRI Whole Body
In questo studio Giapponese,
pubblicato su Hong Kong Med J
nell’aprile del 2008 è valutata la
fattibilità degli studi Total-Body
MRI.
Sono stati eseguiti 132 esami su
pazienti “speciali”.
E’ chiaro pertanto che…..
che…..
Le applicazioni di campi magnetici elevati sono
appannaggio prevalente delle neuroscienze.
Sfruttando le caratteristiche fisiche e tecniche
dell’altissimo campo si possono ottenere
immagini diagnostiche con una maggior
risoluzione di contrasto in tempi brevi, utile
negli studi morfologici, e per un impiego
ottimale con migliori risultati per le applicazioni
funzionali.
Studi vascolari
Intracranial Aneurysm Detection with 3T Magnetic Resonance Angiography;
Phua-Hwee,Francis Hui, Yih-Yian Sitoh; Ann Acad Med Singapore 2007;36:388-93
Studi vascolari
Nervo ottico
Use of T2-weighted magnetic resonance imaging of the optic nerve sheath to
detect raised intracranial pressure; T. Geeraerts, V. FJ Newcombe, J.P Coles, M.G.
Abate, I. E Perkes, et All.; Crit Care. 2008; 12(5): R114.
Studi morfomorfo-volumetrici
Hippocampal Volume Reduction in Congenital Central Hypoventilation Syndrome;
P.M. Macey, C.A. Richard, R. Kumar, M. A. Woo, J.A. Ogren, C. Avedissian, P. M.
Thompson, and R. M. Harper; PLoS One. 2009; 4(7): e6436.
Uno dei vantaggi non trascurabili sia sul
piano diagnostico che economico,
riguarda l’ uso del mezzo di contrasto.
Il potenziamento dell’impregnazione con il
3 T è in stretta relazione con l’
allungamento del tempo di
rilassamento T1 piuttosto che con il
miglioramento del rapporto segnalerumore; tale caratteristica comporta una
riduzione, anche di tre quarti della dose
somministrata con beneficio per i pazienti
e chiari riscontri economici.
Applicazione del MdC
MR Imaging of metastatic brain tumor at 3 T:Utility of T1-weighted SPACE
compared with 2D Spin Echo and 3D Gradient Echo Sequence; T.Komada, S.
Naganawa, H.Ogawa, et All; Magn Reson Med Sci, Vol 7, n 1, pg 13-21, 2008
Canale uditivo interno
MR Imaging of the Internal Auditory Canal and Inner Ear at 3T: Comparison
between 3D Driven Equilibrium and 3D Balanced Fast Field Echo Sequences; J
Byun, H.Kim, Y Yim, et All. Korean J Radiol. 2008 May–Jun; 9(3): 212–218.
L’ alto campo magnetico rende possibile un
incremento di due parametri utilizzati in
specifiche applicazioni: il chemical shift e la
suscettibilità magnetica , divenuti
indispensabili per la spettroscopia.
Queste modifiche obbligano naturalmente ad
una revisione ed all’adattamento di tutte le
sequenze e i protocolli d’esame.
La maggior sensibilità all’effetto BOLD, ” Blood
Oxygenation Level Dependent”, rende più
accurate le misurazioni spettroscopiche e gli
studi funzionali d’ attivazione.
Studi Spettroscopici
To examine biochemical differences in the anterior cingulate cortex (ACC)
and insula during the interictal phase of migraine patients. We hypothesized
that there may be differences in levels of excitatory amino acid
neurotransmitters and/or their derivatives in migraine group based on their
increased sensitivity to pain.
Excitatory neurotransmitters in brain regions in interictal migraine
patients; Andrew Prescot, Lino Becerra, et All; Mol Pain. 2009; 5: 34.
L’avanzamento tecnologico porterà dunque
alla maggiore diffusione di queste
apparecchiature per rispondere all’esigenza di
una diagnostica neuroradiologica sempre più
precisa.
L’uso di questi apparecchi potrebbe portare
con maggiore facilità e credibilità allo studio
della fisiologia normale del sistema nervoso
aprendo scenari infiniti di conoscenza dell’
encefalo.
Imaging a 7 Tesla
7T MRI: New Vision of Microvascular Abnormalities in Multiple
Sclerosis; Yulin Ge, Vahe M. Zohrabian, and Robert I. Grossman,
Arch Neurol. 2008 June; 65(6): 812–816.
Imaging a 7 Tesla
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