room with MRI machine.
La risonanza magnetica nucleare (rmn) rientra tra le tecniche diagnostiche che permettono di ottenere bioimmagini ad elevato contrasto negli organi o nei tessuti con alta concentrazione di molecole di idrogeno, quindi tessuti molli, fornendo grandi indicazioni sugli stati patologici.
Per comprendere il perché sono visualizzati in maniera ottimale i tessuti molli, bisogna specificare il principio fisico sul quale si basa l’osservazione. La risonanza magnetica nucleare si basa sull’interazione di tessuti biologici immersi in un campo magnetico con onde nella banda della radiofrequenza. Per analizzarne il funzionamento, è necessario fare un passo indietro e focalizzare l’attenzione sulla differenza che un corpo in rotazione presenta nella meccanica classica e nella meccanica quantistica.
La meccanica classica afferma che, quando un corpo è in rotazione, genera un momento angolare che si suddivide in spin, cioè la rotazione che un corpo compie intorno al proprio asse ed in orbitale ovvero la rotazione che compie intorno ad un asse esterno. Nella meccanica quantistica ciò viene meno, questo perché non vi è nessun moto delle particelle e ciò che prende il nome di spin in realtà è una proprietà intrinseca della materia, il quale può assumere valore intero o semintero: il numero quantico di spin(I). Lo spin, per quanto riguarda i protoni ed elettroni, assume valore +/- ½ , dove il segno dipende dall’andamento orario oppure antiorario.
Ciò che riguarda la risonanza magnetica nucleare sono le particelle presenti nel nucleo, che hanno una massa maggiore rispetto a quella degli elettroni e possono essere:
Le particelle adoperate per la risonanza magnetica sono quelle con la massa atomica dispari detti MRI attivi, poiché avendo numero di protoni dispari si sbilanciano e si ottiene un segnale in risonanza.
Gli spin vengono rappresentati da vettori i quali in condizioni normali di temperatura e pressione si posizionano in modo casuale, se però sono attraversati da un campo magnetico statico il momento magnetico li fa allineare lungo le linee di campo. L’allineamento di cui si parla non è esattamente quello delle linee di campo, ma si inclina di un angolo θ che dipende dallo spin.
Tra tutti gli atomi con massa dispari per la risonanza magnetica si sceglie l’idrogeno per due motivi:
Quando l’idrogeno, immaginato come una particella, viene immerso in un campo magnetico, si allinea a quest’ultimo con due direzioni, una parallela con un angolo θ=54,44°(spin up) ed una antiparallela θ=-54,44°(spin down). La prima direzione, parallela, sarà a minima energia e genererà una situazione di equilibrio stabile, la seconda antiparallela sarà ad equilibrio instabile alla massima energia. Come risultato finale si avranno che gli spin up saranno maggiori rispetto a quelli spin down, poiché è richiesta meno energia.
Il momento magnetico nel tempo è un vettore ed è descritto da tre componenti le quali sono lungo x, y e z. La frequenza angolare è detta frequenza di Larmon, che dipende sia dal valore del campo magnetico esterno e sia da rapporto giromagnetico γ cioè una costante caratteristica del nucleo. Si analizza come le componenti lungo x e y si annullano perché i vettori sono sfasati e lungo z si ha un momento di magnetizzazione netta rivolto lungo le linee del campo.
Per ottenere il segnale per la creazione dell’immagine è necessario mandare il sistema in risonanza e per farlo bisogna fornire la stessa frequenza che possiede. Ciò porta alla formazione di due fenomeni:
Quando l’impulso in radiofrequenza cessa, si verificano due condizioni: la desincronizzazione dei protoni con decadimento della componente trasversale (T2) e il passaggio dei protoni ad un livello energetico basso e recupero della componente longitudinale (T1).
Il segnale che si rileva nella bobina ha un andamento esponenziale che tende a 0 ed è chiamato FID il quale dipende da ρ (densità protonica), T1 e T2 che porta ad avere differenti immagini con diverso contrasto.
T1 è il tempo di rilassamento longitudinale e misura il tempo richiesto dai protoni per tornare alla condizione di equilibrio iniziale, invece T2 è un tempo di rilassamento trasversale e misura il tempo impiegato dallo spin dei protoni per desincronizzarsi.
Ulteriori tempi presenti sono Tr, cioè il tempo di ripetizione quindi l’intervallo di tempo fra l’inizio di una sequenza di eccitazione e l’inizio della successiva e Te, ovvero il tempo di eco, quindi il tempo dopo il quale inizia a rilevare un segnale.
Infatti il grasso avrà un T1 corto ed un T2 intermedio; L’acqua composta da atomi di idrogeno e di ossigeno, sono molecole piccole e veloci che defasano lentamente con capacità intermedie di assorbire energia avrà perciò un T1 molto lungo e un T2 lungo, infine i solidi hanno poche capacità di assorbire energia e avranno un T1 lungo ed un T2 corto.
Il mezzo di contrasto nel caso della rmn serve a modificare le proprietà magnetiche per tale motivo è detto magnetofarmaco. Esso solitamente è una soluzione di Gadolinio che permettono di cambiare i tempi di rilassamento del tessuto perfuso dalla sostanza, consentendo di individuare i tessuti con mezzi di contrasto da quelli senza mezzo di contrasto. Per coloro i quali deve essere somministrato il mezzo di contrasto occorre un digiuno di 6 ore e per alcuni soggetti allergici si può prescrivere un trattamento preventivo per evitarne reazioni avverse. Il mezzo di contrasto sarà poi eliminato tramite le urine nelle 24 ore successive.
La strumentazione adoperata per effettuare una risonanza magnetica nucleare è composta da:
La risonanza magnetica non può essere effettuata da donne in gravidanza o da pazienti con dispositivi impiantabili attivi come coloro i quali sono portatori di pacemaker, poiché il campo magnetico può influire con le correnti dei dispositivi ed anche portatori di protesi o dispositivi impiantabili a patto che siano amagnetici. Inoltre chi ha paura di claustrofobia, dato il lungo tempo dell’esecuzione dell’esame (25/60 minuti) deve comunicarlo al personale sanitario, dato che bisogna rimanere fermi ed immobili durante l’esecuzione.
Tra le differenti fonti di rischio si hanno:
La risonanza magnetica nucleare, nonostante ancora tutt’oggi abbia un costo di manutenzione elevato, dato dall’apparecchiatura sofisticata ed un costo di esecuzione che si aggira dai 100 fino ai 750 euro, è tra le tecniche che permettono di ottenere un buon contrasto dei tessuti molli, un’elevata risoluzione spaziale ed inoltre, non adoperando radiazioni ionizzanti, è meno dannosa dalla TAC. Permette di avere risultati in tempi brevi, nonostante la sua risoluzione temporale sia minore rispetto ad un’ecografia o ad una tomografia computerizzata.
