Lezione 15 – Inversion Recovery (STIR, FLAIR, DIR)

🎯 Obiettivi formativi

• Capire il principio fisico delle sequenze Inversion Recovery (IR) e il ruolo dell’Inversion Time (TI).

• Distinguere e applicare correttamente STIR, FLAIR e DIR.

• Saper scegliere i parametri (TI/TR/TE) a 1.5T e 3T e riconoscere i trade-off (SNR, tempo, SAR).

• Conoscere indicazioni cliniche, limiti e principali artefatti; confronto con alternative (fat-sat spettroscopica, Dixon, ecc.).

Durata stimata: 1 ora (teoria 40’, applicazioni 15’, riepilogo 5’)

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Richiamo di fisica: cosa sono le IR (10 min)

• Le sequenze IR iniziano con un impulso 180° che inverte la magnetizzazione longitudinale (Mz → −Mz).

• Dopo un intervallo TI si applica il 90° (o un treno FSE) e si misura il segnale.

• L’andamento del recupero longitudinale dopo il 180° è:

  Mz(t)=M0 (1−2e−t/T1)M_z(t) = M_0 \,\big(1 – 2e^{-t/T_1}\big)Mz​(t)=M0​(1−2e−t/T1​)

  Il punto di annullamento (segnale ≈ 0) avviene a:

  TInull≈T1 ln⁡2 (≈0,69 T1)TI_{\text{null}} \approx T_1 \,\ln 2 \,(\approx 0{,}69 \,T_1)TInull​≈T1​ln2(≈0,69T1​)

• Idea chiave: scegliendo TI = TI_null del tessuto da spegnere, lo rendiamo ipointenso e facciamo emergere ciò che resta acceso.

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Parametri e compromessi (10 min)

• TI: determina quale tessuto viene soppresso (fat per STIR, CSF per FLAIR, combinazioni per DIR).

• TR: tipicamente lungo per consentire recupero T1 → migliora SNR ma allunga i tempi.

• TE: spesso lungo nelle varianti FSE per ottenere peso T2 residuo sulle strutture “non nulle”.

• SNR: le IR hanno SNR più basso delle SE/FSE equivalenti (il 180° non produce segnale e il TI “brucia” parte del recupero).

• SAR: impulsi 180° aumentano il SAR, soprattutto a 3T → attenzione a limiti e riscaldamento.

• B0/B1: inhomogeneità possono spostare il TI effettivo o rendere irregolare la soppressione.

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STIR – Short TI Inversion Recovery (10 min)

Scopo: sopprimere il grasso in modo robusto, indipendente da spettroscopia e omogeneità di campo.

• Fisica: si imposta TI ≈ 0,69·T1_grasso.

  • Valori tipici: 1.5T → TI ~ 150–180 ms; 3T → TI ~ 200–220 ms (grasso ha T1 più lungo a 3T).

• Parametri indicativi (FSE 2D): TR 3500–6000 ms, TE 40–60 ms, TI come sopra, spessore 3–5 mm.

• Pro:

  • Soppressione del grasso molto uniforme anche in aree difficili (spalla, collo, vicino a metallo).

  • Ottima sensibilità per edema/infiammazione (MSK), midollo osseo patologico, traumi.

• Contro / caveat:

  • Controindicato con gadolinio: il Gd accorcia T1 e i tessuti captanti possono essere soppressi erroneamente (perdita di enhancement).

  • SNR inferiore rispetto a T2-FSE con fat-sat spettroscopica; tempi più lunghi.

• Alternative al fat-sat: CHESS/SPAIR (spettroscopiche), Dixon (separazione acqua/grasso). STIR resta la scelta quando il campo è poco omogeneo o c’è metallo.

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FLAIR – Fluid Attenuated Inversion Recovery (10 min)

Scopo: sopprimere il liquor (CSF) per mettere in risalto patologie ipertese in T2 a contatto con gli spazi liquorali.

• Fisica: TI ≈ 0,69·T1_CSF (T1 molto lungo).

  • Tipico 1.5T: TI ~ 2000–2500 ms; 3T: TI ~ 2400–3000 ms (dipende da TR/TE e produttore).

• Parametri indicativi (FSE 2D/3D): TR 8000–11000 ms, TE 90–140 ms, TI come sopra; in 3D FLAIR voxel isotropici 1.0–1.2 mm.

• Pro:

  • Gold standard in neuroradiologia per SM, gliosi, infarti subacuti, meningiti; rimuove il “velo” iperintenso del CSF che maschera le lesioni in T2.

• Contro / artefatti tipici:

  • Pulsazione del CSF → residui di segnale per flusso (ghosting).

  • Tempi lunghi e SNR non elevatissimo; attenzione a TI non ottimale (CSF non completamente nullo).

  • In 3T aumento di SAR e sensibilità a B1; utile 3D FLAIR con ETL lunghi e parallel imaging per tempo ragionevole.

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DIR – Double Inversion Recovery (10 min)

Scopo: annullare due tessuti contemporaneamente per evidenziare selettivamente un terzo.

• Meccanismi principali:

  • DIR “classica” cerebrale: annulla CSF con TI_1 lungo (simile FLAIR) e annulla sostanza bianca (WM) con TI_2 medio → mette in risalto la sostanza grigia (GM) e lesioni corticali/juxtacorticali (SM).

• TIs tipici a 1.5T (indicativi):

  • TI_CSF ~ 2200–2500 ms, TI_WM ~ 300–550 ms (dipende dal T1 della WM; a 3T TI_WM ~ 450–650 ms).

• Parametri indicativi (FSE 3D o 2D): TR lungo (≥ 8000 ms), TE 80–120 ms; voxel spesso 1–1.2 mm (3D).

• Pro: sensibilità aumentata a lesioni corticali e giunzione GM/WM.

• Contro: SNR più basso, tempi lunghi, maggiore complessità di set-up (ottimizzazione doppio TI), più sensibile a B0/B1.

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Varianti e usi speciali (5 min)

• PSIR (Phase-Sensitive IR): ricostruzione che conserva l’informazione di segno della Mz; più robusta a TI non perfetto (utile in LGE cardiaco).

• TI scout / Look-Locker / MOLLI: metodi per stimare rapidamente T1 e trovare il TI ottimale (cardio, LGE).

• LGE (Late Gadolinium Enhancement): IR T1-pesata con TI scelto per annullare il miocardio sano, il miocardio fibrotico rimane brillante.

• Black-blood DIR: doppia inversione non selettiva + selettiva per annullare sangue in vasculature (angio “black-blood”).

• TIRM: sinonimo commerciale di STIR in alcune piattaforme.

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Scelte pratiche e tabelle di riferimento (5 min)

TI indicativi (linee guida rapide):

Suggerimenti operativi:

• Se fat-sat spettroscopica fallisce → usare STIR o Dixon.

• In 3T aumentare RBW e usare parallel imaging per contenere SAR/tempo.

• Verificare sempre l’annullamento con un’anteprima o un piccolo TI scout quando disponibile.

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Artefatti & troubleshooting (5 min)

• TI non corretto → il tessuto “da annullare” resta visibile o introduce false ipointensità.

• Pulsazione/flusso (FLAIR): ghosting del CSF → usare sat bande, flow-comp, o 3D FLAIR con navigazione.

• Inhomogeneità B1: soppressione irregolare (soprattutto a 3T) → calibrazione RF, dielettrico (pad), tecniche ad ampia banda.

• SAR elevato: ridurre ETL, flip dei 180°, aumentare TR, usare parallel imaging.

• Metallo: preferire STIR a fat-sat spettrali; valutare FSE con RBW alta.

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Riepilogo operativo

• Le IR sfruttano il TI per spegnere selettivamente un tessuto:

  • STIR → spegne grasso (robusta, no post-Gd).

  • FLAIR → spegne CSF (neuroradiologia).

  • DIR → spegne CSF + WM (evidenzia GM e lesioni corticali).

• Attenzione a SNR, tempo, SAR e scelta del TI (≈ 0,69·T1 tessuto).

• Conoscere varianti (PSIR, DIR black-blood, LGE) amplia molto le applicazioni cliniche.

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💡 Attività didattiche consigliate

1. Laboratorio TI-scout: dati di T1 noti per fat, WM, CSF (1.5T/3T) → calcolare TI_null con $0,69\cdot T1$ e verificare l’annullamento in immagini demo.

2. Caso clinico: encefalo sospetta SM → confronto T2-FSE, FLAIR, DIR: quali lesioni emergono in ciascuna? Motivare la scelta del protocollo.

3. MSK con metallo: progettare una STIR robusta (TR/TE/TI) vs Dixon e discutere pro/contro in presenza di protesi.

4. Cardio LGE: dato un set di immagini con TI variabile, selezionare quello che annulla il miocardio sano; discutere perché PSIR è più tollerante.

5. Troubleshooting FLAIR: dataset con pulsation ghosting → provare bande di saturazione, TE/TR diversi, 3D vs 2D; documentare l’effetto.