Come anticipato nella lezione precedente stesse strutture possono avere colorazioni risultanti completamente diverse a seconda della sequenza che viene utilizzata, ma cerchiamo di capire esattamente il perché, altrimenti sarà vietato proseguire. Anche perché ora uniremo tutti i concetti spiegati fino ad ora.

Abbiamo mostrato come avviene il processo di stimolo di un sistema di protoni

Il sistema e’ in equilibrio, una radiofrequenza raggiunge il sistema e il sistema ribalta il suo vettore di magnetizzazione sul piano trasversale, poi l’impulso di radiofrequenza cessa, e il sistema torna in equilibrio.

Però per tornare in equilibrio, il sistema fa due cose distinte, perde il vettore trasversale e recupera il vettore longitudinale.

Abbiamo detto che perdere il 27% del vettore trasversale significa tempo T2 di un tessuto.

Mentre recuperare il 67% del vettore longitudinale significa il tempo T1 di un tessuto.

Per cui esistono due diversi effetti che concorrono al ripristino del sistema completo, il T1 e il T2. Adesso proviamo a immaginare 3 diversi pixel delle immagini di risonanza:

  • un pixel contiene molecole di acqua libera (vettore verde)
  • un pixel contiene molecole di un tessuto ricco di acqua (vettore blu)
  • un pixel contiene molecole di un tessuto ricco di grasso (vettore rosso)

Come si comportano ? La risposta nel video qui sotto..

Come mostra il video il vettore Verde (acqua libera) non perde molto rapidamente il suo vettore trasversale, continuando a girare, ritardando a tornare in equilibrio rispetto al vettore Rosso (grasso) e il vettore Blu(muscoli).

Per cui abbiamo verificato come i vettori di magnetizzazione di tre diversi tessuti rispondano a un impulso di radiofrequenza e che effettivamente abbiano comportamenti diversi. Si comportano cosi anche i tessuti con una patologia, perché cambieranno la loro composizione molecolare e non risponderanno come rispondono i tessuti sani agli impulsi di radiofrequenza, accelerando o rallentando i loro tempi T1 e T2.

Inizi a capire? Bene andiamo avanti…

Un impulso non e’ una sequenza..

Abbiamo appena descritto il comportamento di un’impulso di radiofrequenza, ma per ottenere delle immagini avremo bisogno di tanti impulsi, perché ci sono tanti pixel e tante fette. Una sequenza di risonanza indica una sequenza di impulsi, ogni impulso sarà separato dall’altro da quello che per ora abbiamo solo imparato a memoria come TR (tempo di ripetizione appunto) e ogni impulso sarà caratterizzato anche da un TE (tempo di echo) che rappresenta una fotografia del sistema in un determinato momento.

Per cui una sequenza di risonanza, sono una serie di impulsi, che continuano a far passare molecole dallo stato di magnetizzazione trasversale allo stato di magnetizzazione longitudinale, e come ripetuto più volte, ognuna con tempi diversi.

Adesso ragioniamo, se il sistema che abbiamo visto e’ molto efficiente se parte da uno stato di equilibrio, è altrettanto efficiente se un secondo impulso venisse applicato prima che tutte le molecole del sistema siano tornate in equilibrio?

Cosa succede durante una sequenza di impulsi a tutti quei vettori che non hanno recuperato il vettore longitudinale o perso quello trasversale ?

Proviamo a osservare..

Se il sistema non e’ tornato perfettamente in equilibrio, e con certe molecole come quelle dei vettori verdi(acqua libera,bile,liquor, etc) è molto difficile, e si applica un secondo impulso, si ottiene il risultato che le efficienze delle diverse molecole cambia, perché non partono più da una condizione dove l’angolo di nutazione applicato(spin flip) risulti efficace, per cui impulso dopo impulso di ottiene lo scorporo piuttosto che l’enfatizzazione dei diversi segnali dei tessuti.

Le sequenze T1 sono impulsi che tendono a scorporare il segnale T2, annullandolo, viceversa, le sequenze T2 tendono ad annullare il segnale derivante dalla componente T1.

Ogni tessuto ha un suo schema

Per ottenere l’effetto sopradescritto e scorporare effettivamente uno dei due segnali, in sequenze spin echo, bisogna orientarsi sullo schema qui sotto, dove vengono mostrati i tempi T1 e T2 generici da rispettare per ottenere segnale da quel determinato tipo di tessuto.

schema t1 t2 generico

Schema T1 T2 tessuti di riferimento

Possiamo affermare e prendere a riferimento che:

  • Per Sequenze spin echo che hanno TR inferiori a ~900 Millisecondi, si parla di pesature T1, in quanto la componente T2 viene minimizzata.
  • Per Sequenze spin echo che hanno TR superiori a ~1000 Millisecondi, si parla di pesature T2, in quanto la componente T1 viene minimizzata.

Perché si comportano cosi ?

Dipende dai legami chimici che intercorrono tra le molecole. L’acqua che non e’ legata (verde) avrà molta difficoltà a perdere magnetizzazione trasversale, perché ciò dipende da interazioni tra gli spin di diversi protoni (spin-spin), e non essendo legata, queste interazioni sono rare e risulta difficile perdere l’energia accumulata dissipandola, come ad esempio sotto forma di calore.

acqua

Struttura generico dell’ acqua, 1 solo elettrone lega l’idrogeno ai due ossigeni

Mentre ad esempio l’acqua legata al grasso, potrà contare su parecchi legami col carbonio per poter scambiare questa energia dissipandola prima, perdendo prima la componente trasversale. Analogamente nel grasso, anche il tempo T1 viene ridotto grazie ai forti legami.

Struttura generica di un fosfolipide

Struttura generica di un fosfolipide, i legami degli atomi di carbonio delle lunghe code fosfolipidiche offrono un ambiente magnetico ideale al recupero della magnetizzazione longitudinale e alla perdita della trasversale