Imaging MRI, seconda parte: come viene realizzata l’immagine 3D

Seconda parte.

 

Nella prima parte abbiamo parlato del principio fisico su cui si basa la Magnetic Resonance Imaging.

Ma la vera e propria immagine, come si crea?

Per rispondere, dobbiamo conoscere come è costituito lo scanner MRI.
Esso è formato da 3 principali componenti: il magnete principale, 3 bobine di gradiente e bobine per le radiofrequenze.

Il magnete principale ha il compito di generare una campo magnetico statico esterno molto forte (1.5-3T), così da creare i due “energy states” basso e alto descritti nel precedente articolo, insieme alla magnetizzazione netta in configurazione longitudinale.
Gli atomi di idrogeno sono, così, pronti per essere sollecitati ulteriormente dalla frequenza di Lamror.

Ma prima, si necessita della descrizione delle 3 bobine di gradiente, che risultano essere di fondamentale importanza per la realizzazione dell’imaging 3D.
Parlando di immagine tridimensionale, la disposizione delle bobine segue quella canonica lungo gli assi X,Y,Z, ciascuno con un ruolo ben preciso.

Lungo l’asse Z, dove è posto il corpo del paziente, è possibile sollecitare le bobine, creando un campo magnetico graduale che va dai 0.8 T ( dalla base dei piedi del paziente) a 1.2 T ( apice del corpo del paziente), col quale è possibile scegliere la sezione del paziente su cui lavorare.
Se viene selezionato, ad esempio, il livello 1.1T, infatti, si sa per certo di trovarsi nell’intorno della testa del paziente.

Anche lungo l’asse Y (quello verticale) viene creato un campo magnetico graduale, sempre da 0.8T a 1.2 T (dal basso verso l’alto); questo campo influenza direttamente gli spin dei protoni, in cui è possibile analizzarne la fase, modificando quindi il senso di rotazione degli spin dell’area del corpo umano che vogliamo analizzare.

Infine, lungo l’asse X (orizzontale), grazie sempre al campo magnetico graduale da sinistra a destra con i medesimi valori degli alti due, è possibile codificare la frequenza degli spin dei protoni nel punto interessato del paziente.

Semplificando, in tal modo è possibile identificare un preciso punto del corpo del paziente ( in 3D) da analizzare e, quindi, da “scannerizzare”, grazie ai 3 contributi raccolti dalle bobine.

Le bobine per le radiofrequenze costituiscono i componenti per l’acquisizione dei dati e quindi l’ultimo step per la realizzazione dell’immagine vera e propria; esse, infatti, generano la frequenza di Larmor ( precedentemente spiegata), in modo da modificare l’ordine degli stati di energia e la configurazione della magnetizzazione netta, da longitudinale a trasversale.

Quando la frequenza viene rimossa, le bobine registrano i segnali che derivano dal rilascio dell’energia dai singoli protoni, acquisendo così i diversi parametri temporali (T1, T2 e T2*).

I segnali raccolti dalle bobine dello scanner dell’MRI sono segnali di natura analogica, ma per poterli analizzare il computer necessita della loro conversione in digitale; perciò, con un A/D converter, i segnali vengono ovviamente tradotti e “trasferiti” nel K-space.
Il K-space è un formalismo matematico che, in parole povere, non fa altro che assegnare una diversa gradazione di bianco in base alla densità protonica, rilevata dai segnali registrati dalle bobine.

Per ottenere l’immagine finale, si deve applicare la Inverse Fourier Transformation ai segnali contenuti nel K-Space.

Il che appare ovvio, siccome l’immagine è formata da parametri temporali e non di frequenza; dunque, per passare dal dominio della frequenza a quello del tempo, serve la IFT.

L’immagine finale, essendo comunque composta da artefatti di varia natura (biologica e non), deve essere analizzata con alcuni toolboxes per Matlab, come ad esempio SPM12 o GIFT.