STRUMENTAZIONE

STRUMENTAZIONE
Obbiettivo clinico Æ elevata informazione diagnostica
elevata risoluzione spaziale e temporale
elevata risoluzione di contrasto
minimizzazione degli artefatti
confort per il paziente
semplicità di utilizzo per gli operatori
Criteri che hanno condizionato l’evoluzione
tecnologica e la progettazione dei sistemi RM
MAGNETE
•Elevata intensità di campo
•Omogeneità spaziale
•Stabilità temporale
Permanente
Vantaggi :
• non richiede energia elettrica
• campo di dispersione limitato
• non richiede raffreddamento
• costi di gestione limitati
Bo
Svantaggi :
• peso elevato
• sensibile alle variazioni termiche
• intensità di campo limitata
Resistivo
Vantaggi :
• non richiede criogeni
Βο
• può essere disattivato
• campo Bo fino a 0.5-0.6 tesla
Svantaggi :
• elevato consumo di energia
• raffreddamento ad acqua
• costi di gestione elevati
Superconduttivo Vantaggi :
• intensità di campo elevata
• omogeneità di campo elevata
• consumo di energia ridotto
Svantaggi :
• necessità di criogeni
• costi di acquisto elevati
Rapporto tra la lunghezza del magnete (L) ed il
diametro (D) dell’aperura utile per il paziente.
– L/D piccolo Æ maggior confort per il paziente
– L/D grande Æ maggior omogeneità di campo
L
D
Per aumentare il confort del paziente i
moderni tomografi tendono ad avere L/D
più basso possibile (magneti corti, svasati)
Diventa critica l’omogeneità
Diventa essenziale il design del solenoide per la
ottimizzazione dell’omogeneità del campo alle
estremità del tomografo
Schermatura del campo magnetico
• passiva
• attiva
L'introduzione della schermatura attiva del campo
magnetico ha consentito di ottenere tomografi molto
più leggeri rispetto a quelli di prima generazione e
maggior semplicità di installazione.
Criogeni
Inizialmente per il raffreddamento dei
sistemi superconduttivi venivano usati
azoto + elio.
Successivamente si è passati all’uso del
solo elio, con un consumo tipico di 0,150,20 l/h.
Attualmente il consumo dell’elio è
dell’ordine di 0,03-0,05 l/h.
Le valutazioni che determinano la scelta di
un tomografo si vanno orientando sempre
più sulle applicazioni cliniche piuttosto che
sull’intensità del campo magnetico.
Sistemi chiusi
Vantaggi :
• alta intensità di campo
• sequenze di acquisizione ultra-rapide
• sequenze di acquisizione avanzate
(MRS, fMRI, perfusion, diffusion etc.)
Svantaggi :
• in genere minor comfort per il paziente
Sistemi aperti
• esami su pazienti claustrofobici
• esami su pazienti obesi
Vantaggi
• miglior gestione degli esami su :
pazienti traumatizzati
pazienti pediatrici
• radiologia interventistica
• rendimento del campo maggiore
di almeno il 20% nella direzione Y
Svantaggi
• tempi di esame più lunghi
• sequenze avanzate non disponibili
B0
GE
Profile Adv.
Ovation
Hitachi
Airis II
Siemens
Open Viva
Marconi
Outlook
Proview
Fonar
Quad 7000
Philips
Panorama
Toshiba
Opart
Tipo
Gradienti
Slew rate
Tomografi RM “aperti” a basso campo
0.2 T permanente
0.35 T permanente
15 mT/m
15 mT/m
25 mT/m/s
25 mT/m/s
0.3 T
permanente
15 mT/m
20 mT/m/s
0.2 T
resistivo
15 mT/m
17 mT/m/s
0.23 T resistivo
16 mT/m (x,y)
18 mT/m (z)
25 mT/m/s (x,y)
40 mT/m/s (z)
0.35 T resistivo
12 mT/m
20 mT/m/s
0.23 T resistivo
16 mT/m (x,y)
18 mT/m (z)
25 mT/m/s (x,y)
40 mT/m/s (z)
0.35 T superconduttivo 10 mT/m
20 mT/m/s
Tomografi RM “aperti” a campo medio – alto
Fonar
Quad 12000
GE
Open speed
Siemens
Magnetom Open
Hitachi
Altaire
Marconi
Infinion HFO
Philips
Panorama
B0
Tipo
Gradienti
Slew rate
0.6 T
resistivo
12 mT/m
20 mT/m/s
0.7 T
superconduttivo 15 mT/m
25 mT/m
25 mT/m/s
40 mT/m/s
1.0 T
superconduttivo 20 mT/m
50 mT/m/s
0.7 T
superconduttivo 22 mT/m
55 mT/m/s
0.6 T
superconduttivo 25 mT/m
50 mT/m/s
1.0 T
superconduttivo 30 mT/m
30 mT/m
75 mT/m/s
150 mT/m/s
Sistemi dedicati
• indirizzati allo studio di specifici distretti corporei
• basso costo
• buona risoluzione e buon S/R
Gradienti
Linearità
Elevata intensità
Elevata rapidità
temporale
Gmax
Slew rate =
tr
Gmax.
Gradient Strength
mT/m
t
r
Time (msec)
Gradienti intensi e rapidi permettono :
• risoluzioni spaziali e temporali elevate
• l’ accesso al ‘fast imaging’ (EPI etc)
• minori artefatti (miglior compensazione del flusso)
Evoluzione tecnologica :
• intensità e rapidità dei gradienti
• gradienti attivi schermati
(minimizzazione delle eddy currents)
• gradienti ‘silenziosi’
Bobine RF
Bobina trasmittente
deve generare un campo RF intenso ed omogeneo
per un breve periodo
Bobina ricevente
deve possedere un elevata sensibilità
Molti progressi sono stati compiuti rispetto alle
bobine usate negli scanner di prima generazione,
grazie soprattutto all'introduzione della tecnologia
digitale.
La demodulazione del segnale RM viene effettuata con i moderni
ADC (Analogic Digital Converter), con il vantaggio (rispetto ai
vecchi convertitori analogici) di un accresciuto range dinamico,
di un accresciuto rapporto segnale/rumore e di una pressochè
totale libertà da artefatti come quelli della quadratura d'immagini
e di spike nella linea di base.
La sintesi digitale diretta del segnale RF trasmesso permette di
ottenere un segnale estremamente stabile in termini di ampiezza,
frequenza e fase.
L'incorporazione del pre-amplificatore direttamente nella bobina
RF permette di evitare possibili problemi di adattamenti di
impedenze ed aumentare quindi il rapporto segnale/rumore.
L'introduzione di bobine RF in quadratura, sia per la
trasmissione che per la ricezione, ha permesso di ottenere un
aumento di un fattore √2 nel rapporto segnale/rumore ed
una riduzione di un fattore 2 nella potenza trasmessa
rispetto alle bobine ‘lineari’.
lineare
in quadratura
Lo sviluppo di bobine 'dedicate' (sia di superficie che non,
rigide o flessibili) ha permesso l'esplorazione ottimale di
specifici distretti corporei.
Segnale
Rumore
Lo sviluppo delle bobine phased-array con ricevitori multipli
permette di acquisire volumi grandi (ad esempio l'intera colonna
toracica e lombare) in tempi estremamente ridotti e con un
elevato rapporto segnale/rumore.
La 'rivoluzione' informatica ha avuto un ruolo
fondamentale nello sviluppo dell'imaging mediante
RM, che per sua stessa natura necessita di risorse di
calcolo considerevoli.
La potenza di calcolo oggi a disposizione permette di
ottenere e manipolare immagini praticamente senza
tempi morti (sono anzi possibili acquisizioni in realtime), di ricostruire in 3D le immagini, calcolare le
maximum intensity projection (MIP) e generare
animazioni sulla stessa console di acquisizione, il tutto
con un'interfaccia estremamente user friendly e tempi di
apprendimento molto ridotti.
Work in progress