RM : i parametri e la semeiotica
I parametri che determinano il segnale La semeiotica: dal segnale all’immagine
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SEMEIOTICA : tabella riassuntiva del contrasto T1 e T2
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I parametri che determinano il segnale
• I parametri intrinseci
• Densità protonica
• Costante di tempo T1
• Costante di tempo T2
• Flusso
• Diffusione
• Chemical shift
• Suscettibilità magnetica
• I parametri estrinseci
• Le sequenze
• La geometria d’acquisizione
• Il distretto in esame
• Il contrasto da ottenere
• La riduzione degli artefatti
• I mezzi di contrasto
• La collaborazione del paziente
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I parametri che determinano il segnale
• la lesione tramite i suoi elementi costitutivi:
• cito-istologici :
citoarchitettura,
• ampiezza e diffusibilità dell’interstizio
• molecolari : calcio, ferro, liquidi, grasso, eme,
glicoproteine
• e la sua vascolarizzazione
• Parametri
• intrinseci
• DP
• T1
• T2
• flusso
• chemical shift
• diffusione
• suscettibilità
SEGNALE
Il radiologo tramite la conduzione dell’indagine (parametri estrinseci).
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• Per comprendere appieno le potenzialità
dell’imaging mediante RM, è importante tenere presente che le caratteristiche del segnale
dipendono in larga misura da fattori intrinseci all’organo o ai tessuti esplorati.
• L’intensità del segnale non riflette semplicemente la “densità” dei nuclei eccitati nel campione in
esame: di volta in volta, essa è modulata da fattori fisico-chimici locali, fra cui:
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• Densità protonica
• Costante di tempo T1
• Costante di tempo T2
• Flusso
• Diffusione
• Chemical shift
• Suscettibilità magnetica
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• La densità protonica DP
• Le costanti di tempo T1 e T2
rappresenta il numero
dei nuclei di idrogeno risonanti per unità di volume.
rappresentano le modalità di rilassamento nucleare al cessare
dell’impulso RF perturbante e costituiscono il principale
fattore di contrasto delle immagini RM.
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I parametri intrinseci od operatore indipendente : T1 tempo di rilassamento longitudinale o spin-reticolo
• esprime le modalità del recupero della componente di MM allineata col CMS
• dal punto di vista microfisico, la redistribuzione delle popolazioni up e down
• l’andamento temporale del fenomeno è descritto da una curva esponenziale
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I parametri intrinseci od operatore indipendente : T1 tempo di rilassamento longitudinale o spin-reticolo
•
La pendenza della curva esprime, da un punto di vista fisico, la velocità con cui avviene la cessione di energia all’ambiente circostante (reticolo) da parte dei nuclei (spin).
•
Il T1 può considerarsi come l’espressione dell’efficienza degli scambi energetici tra protoni di idrogeno risonanti (spin) e componente
non idrogenionica del tessuto (reticolo).
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T1 Contrast
Assume we scan with the following parameters: TR 600 and TE 10. We allow for T1 relaxation to take place for 600 milliseconds and T2 relaxation only for 5 milliseconds.
• When we look at Figure A, we see that after 5 ms. hardly any dephasing has taken place. We
receive a lot of signal from all tissues. The image contrast is, therefore, very little influenced by T2 relaxation.
• In Figure B we see that after 600 ms. not all tissues have undergone complete T1 relaxation. Fat is nearly there, but CSF has still a long time to go. So, for the next excitation the net magnetization vector of the CSF spins, which can be flipped into the X-Y plane is small. This means that the
contribution from CSF to the overall signal will be small too. In short, the image contrast becomes dependent on the T1 relaxation process. In the final image CSF will be dark, fat will be bright and gray matter will have an intensity somewhere in between.
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I parametri intrinseci od operatore indipendente : T2 tempo di rilassamento trasversale o spin-spin
37 %
1400
Mxy
t in ms
101 92 84
CSF
Gray matter
White matter Fat
• Esprime il graduale decadere fino
all’annullamento della MMT indotta dall’impulso RF
• Microscopicamente si riferisce alla perdita della coerenza di fase acquisita dai protoni
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I parametri intrinseci od operatore indipendente : T2 tempo di rilassamento trasversale o spin-spin
37 %
1400
Mxy
t in ms
101 92 84
CSF
Gray matter
White matter Fat
• Il T2 è funzione delle interazioni elettromagnetiche nell’ambito del sistema degli spin e non comporta variazioni nella quantità energetica del sistema
• La pendenza della curva di decadimento della MMT è indice delle disomogeneità magnetiche intrinseche alla struttura in esame
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T2 Contrast
We use the following parameters: TR 3000 and TE 120.
Now we allow T2 relaxation to happen for 60 ms. (120÷2).
• As we can see from Figure 5A most of the tissues have dephased and won’t produce that much signal. Only CSF (water) has still some phase coherence left.
Here the TE is the dominant factor for the image contrast.
• Figure B shows that practically all tissues have undergone complete T1 relaxation.
• The long TR of 3000 ms does not contribute much to the image contrast. The 3000 ms. are only needed to allow CSF to recover completely before the next excitation.
• In our image we’ll see CSF bright, while the other tissues show up in various shades of gray.
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• Il flusso
L’intensità del segnale del flusso dipende - dal tipo di sequenza selezionato,
- dalla velocità,
- dalla presenza-assenza di turbolenza e - dal metodo con cui si acquisisce la singola scansione od il volume.
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
- Nelle sequenze spin echo il flusso del sangue si evidenzia come vuoto di segnale (con qualche eccezione ). L’imaging vascolare basato sulle sequenze spin echo è indicato “ a sangue nero”.
- Nelle sequenze gradient echo il flusso del sangue presenta un alta intensità di segnale, in modo particolare quando sono acquisite in modalità singola sezione od unica partizione.L’imaging vascolare basato sulle sequenze gradient echo è indicato “ a sangue bianco”.
Il flusso
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• E’ un imaging di contrasto che si basa sulle differenze di diffusione delle molecole d’acqua.
• La diffusione rappresenta i movimenti aleatori termici delle molecole per collisione tra di loro ( movimenti browniani ).
• Dipende da diversi fattori: tipo di molecola (acqua), temperatura, micro-architettura dell’ambiente.
La diffusione
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• Isotropic and anisotropic diffusion.
• Water molecules in the brain are constantly moving (i.e., in Brownian motion).
When motion is unconstrained, as in the large fluid–filled spaces deep in the brain (i.e., the ventricles, as illustrated in the MR image on the left), diffusion is
isotropic, which means that motion occurs equally and randomly in all directions.
• (B) When motion is constrained, as in white–matter tracts (illustrated on the right), diffusion is anisotropic, meaning that motion is oriented more in one direction than another (e.g., along the y axis rather than along the x axis).
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• A seconda delle misurazioni che si realizzino:
• Con una media dei coefficienti di diffusione nei tre assi si ottiene il coefficiente apparente di diffusione (ADC)
• Con una media dei coefficienti di diffusione in almeno 6 assi si ottiene il tensore di diffusione.
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Diffusion Tensor Imaging
Diffusion weighted images
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• Il Chemical Shift
• Il fenomeno del CS si basa sul fatto che la
frequenza di risonanza dei protoni di idrogeno non dipende, come stabilito dalla legge di Larmor, solamente dall’intensità del CMS (B0) e dalle caratteristiche del nucleo in esame (costante giromagnetica), ma risulta influenzata anche dalla nube magnetica che circonda il nucleo. Legami chimici diversi implicano nubi elettroniche e quindi campi magnetici locali indotti diversi. Per tale motivo l’idrogeno di una molecola d’acqua ha una frequenza di risonanza leggermente diversa da quella dell’idrogeno legato ad una catena lipidica.
• A livello dell’interfaccia grasso-acqua, questa variazione della frequenza di risonanza determina, in fase di ricostruzione dell’immagine, uno
spostamento del segnale del grasso nella direzione del gradiente di lettura (artefatto da CS).
• Il CS è il parametro su cui si basano gli studi in vivo di spettroscopia, in quanto la differenza fra le frequenze di risonanza dei diversi substrati costituisce un marker caratteristico di ciascuna molecola o gruppo chimico.
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I parametri intrinseci od operatore indipendente
• La suscettibilità
• E’ la proprietà fisica (legata alle proprietà degli atomi e delle molecole) che determina la risposta di un materiale a un campo
magnetico esterno.
• E’ un utile parametro intrinseco dei tessuti in esame.
• E’ all’origine di artefatti.
Troncular cavernous angioma
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• MRI can visualize bleeding using techniques such as T2*-weighted images, but recent research by Siemens users has indicated that sensitivity of SWI might be better than T2* and other techniques with MRI.
• syngo SWI provides additional information about intracranial bleeding in stroke, venous and cavernous angiomas, subdural
• and subarachnoid hemorrhage as well as depicting even very small abnormal veins in diseases such
as Sturge Weber and Moyamoya. syngo SWI
SWI Sensitivity With Intracranial Bleeding
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• The patient was a welder.
Although he was unaware of their presence, small metal fragments had
become embedded in his hair or scalp during his work. Certain hair products that contain iron may produce a similar
appearance. Mascara may have a similar effect,
distorting images of the orbits.
Susceptibility artefact - Metallic foreign bodies
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I parametri estrinseci od operatore dipendenti
• L’interesse della conoscenza della modalità di rilassamento nucleare nei diversi substrati biologici risiede
principalmente nel fatto che, mentre il valore della densità protonica nei diversi tessuti può variare entro limiti
alquanto ristretti (circa del 20%), il T1 e lo stesso T2 presentano un range tissutale sensibilmente maggiore (rispettivamente, del 1.500 % e del 200 % circa).
• Risulta quindi evidente il vantaggio di costruire immagini basate sui tempi di rilassamento dei tessuti (T1 pesate o T2 pesate), se si vogliano stabilire condizioni di contrasto
ideali.
• Dal punto di vista fisico a parità di altre condizioni, l’intensità del segnale aumenta: con l’aumentare della DP
con l’aumentare del T2
con il diminuire del T1
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I parametri estrinseci od operatore dipendenti
• Le sequenze
• La geometria d’acquisizione
• Il distretto in esame
• Il contrasto da ottenere
• La riduzione degli artefatti
• I mezzi di contrasto
• La collaborazione del paziente
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I determinanti del segnale in RM
• la lesione tramite i suoi elementi costitutivi:
• cito-istologici :
citoarchitettura,
• ampiezza e diffusibilità dell’interstizio
• molecolari : calcio, ferro, liquidi, grasso, eme,
glicoproteine
• e la sua vascolarizzazione
• Parametri
• intrinseci
• T1
• T2
• DP
• flusso
• chemical shift
• diffusione
• perfusione
SEGNALE
Il radiologo tramite la conduzione dell’indagine (parametri estrinseci).
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SEMEIOTICA : dal segnale all’immagine
• L’immagine RM è il prodotto di tutta una serie di fattori di notevole complessità (multiparametrica).
• La qualità dell’immagine RM è essenzialmente determinata dal potere di risoluzione globale, funzione a sua volta del grado di risoluzione spaziale e del contrasto intrinseco
esistente tra pixel adiacenti della matrice ed inversamente proporzionale al rumore di fondo.
• E’ possibile ottenere rappresentazioni di elevato dettaglio anatomico ed evidenziare l’eventuale alterazione, definirla volumetricamente e talvolta proporre una caratterizzazione se non in termini istologici e/o eziopatogenetici, almeno di riconoscimento degli elementi costitutivi fondamentali.
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Semeiotica : i liquidi
• ipointensi in T1
• iperintensi in T2
• sequenze idrografiche
• dd sulla base del segnale
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Semeiotica : il grasso
• rappresenta un altro substrato biologico elementare dell’imaging RM.
• Risulta caratterizzato da un breve T1 e quindi da una netta iperintensità del segnale.
• L’intensità del segnale nelle sequenze T2 dipendenti è medio-alta, in relazione alla struttura molecolare del tessuto adiposo: la sua
“omogeneità magnetica” è infatti meno elevata di quella dei liquidi, ma maggiore di quella dei parenchimi per l’assenza di macromolecole.
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Semeiotica : il sangue stravasato
• Costituisce un substrato complesso, caratterizzato da una semeiotica mutevole che descrive, fase per fase, le
trasformazioni biochimiche del pigmento ematico, macromolecola dotata di attività paramagnetica.
• Paramagnetiche si definiscono tutte quelle sostanze
caratterizzate da elettroni orbitali non appaiati, in grado di indurre un flusso magnetico che si somma a quello
principale. I prodotti catabolici dell’emoglobina , per il contenuto in ferro, agiscono come agenti paramagnetici naturali, in grado cioè di alterare l’omogeneità magnetica del sistema, modificandone in modo caratteristico e
ripetibile, i tempi di rilassamento T1 e T2.
• Risulta quindi possibile riconoscere la presenza di sangue e datare il focolaio emorragico sulla sola base del segnale.
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Semeiotica : il sangue che scorre
a velocità fisiologica, in regime laminare o di turbolenza, all’interno dei vasi
• Il segnale di flusso acquisito con sequenze spin echo,
perpendicolarmente all’asse del vaso, si presenta “vuoto” per un fenomeno di fuoriuscita dei protoni eccitati dalla sezione esplorata durante il tempuscolo di acquisizione , con impossibilità di registrare il relativo segnale di rilassamento (effetti di tempo di volo).
• Al contrario, in talune condizioni di flusso lento, fisiologiche o
patologiche, può verificarsi un incremento paradosso del segnale di flusso,con iperintensità endoluminale, sia in relazione al sufficiente tempo di permanenza dei protoni magnetizzati nella sezione in esame, che per il soppraggiungere di protoni freschi, non sottoposti a precedenti rilevamenti e quindi con piena magnetizzazione.
• L’effetto “lume bianco” si ottiene in particolare con le sequenze gradient echo e risultano quindi evidenti le potenzialità della metodica
nell’imaging vascolare, con possibilità di valutare qualitativamente e semiquantitativamente il regime di flusso a livello dei diversi distretti.
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Semeiotica : l’aria e la corticale ossea
• Caratterizzate da ipointensità di segnale in tutti i tipi di acquisizione, sono strutture rispettivamente a bassa densità protonica unitaria (aria) o
costituite da configurazioni macromolecolari rigide contenenti protoni fissi (osso compatto).
A. Radiografia dell’estremità superiore di un femore secco B. RM dello stesso segmento con sequenza pesata in T1 C. RM dello stesso preparato immerso in bagno d’olio
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Semeiotica : i parenchimi
• Rappresentano un campo d’indagine di estrema importanza, anche se la metodica non appare sempre in grado di fornire, sulla sola base del
segnale, elementi certi di valutazione e giudizio.
• Segnale sovrapponibile si riscontra in raccolte idriche, lesioni focali con cellularità stipata e lesioni caratterizzate da intensa vascolarizzazione.
• dd angima capillare epatico verso cisti
• dd aree di tessuto di granulazione-fibrosi “fresca” verso ripresa di npl
• La somministrazione di un mdc, in grado di distribuirsi nei diversi
comparti, conferisce qualche ulteriore elemento di specificità tissutale.
• I mezzi di contrasto utilizzati in RM sono composti paramagnetici che pur presentando una cinetica simile ai composti iodati somministrati ev in TC, non vengono visualizzati direttamente , ma in quanto modificano, una volta diffusi nell’interstizio, le caratteristiche magnetiche dell’ambiente circostante.
•