Principi di Risonanza Magnetica Nucleare La RMN una

Principi di Risonanza Magnetica Nucleare La RMN è una tecnica spettroscopica: • • Risonante ( 0 = B 0 e B 1 << B 0) Microscopica (studia le interazioni magnetiche e/o elettriche si manifestano tra nuclei atomici, atomi e molecole) Radiofrequenza (4 -500 MHz) È ampiamente utilizzata nel campo della Fisica dello stato solido e dei liquidi, nella Chimica e nel settore farmaceutico Dal 1975 trova applicazioni in medicina in alternativa alla TAC La risoluzione spaziale ( 1 mm) non dipende della lunghezza d’onda della radiazione utilizzata Non utilizza radiazionizzanti Consente immagini assiali, sagittali e coronali MRI Timeline 1946 MR phenomenon - Bloch & Purcell 1952 Nobel Prize - Bloch & Purcell 1950 -70 NMR developed as analytical tool 1972 Computerized Tomography 1973 Backprojection MRI - Lauterbur 1975 Fourier Imaging - Ernst 1977 Echo-planar imaging - Mansfield 1980 FT MRI demonstrated - Edelstein 1986 Gradient Echo Imaging - NMR Microscope 1987 MR Angiography - Dumoulin 1991 Nobel Prize - Ernst 1992 Functional MRI 1994 Hyperpolarized 129 Xe Imaging 2003 Nobel Prize - Lauterbur & Mansfield

Going toward fundamental physics: few words on NMR TECHNIQUE 3 main NMR experimental parameters: spectrum, nuclear spin-spin relaxation time T 2, nuclear spinlattice relaxation time T 1 Nuclei (T 2 n) T 1 n Electrons (T 2 e) phonons T 1 e – Nuclei are LOCAL PROBES sensitive to hyperfine interactions – LOCAL MAGNETIC FIELDS AND DYNAMICS can be studied In MRI and NMRrelaxometry, sensitivity to magnetic properties, spin dynamics and molecular “motion”

The NMR experiment

Some NMR active nuclei

The NMR/MRI signal General expression : S(t) = A n *exp (-TE/T 2)*(1 -exp(-TR/T 1)*exp(-b. D) where TE, TR are chosen by the operator while T 1 and T 2 are characteristic relaxation times of the nuclei. • n = density of NMR active nuclei • T 1 is the equilibrium relaxation time (toward nuclei ground state) • T 2 is a relaxation time that takes into account the time of energy exchange among like and unlike nuclei T 2 = nuclear spin-spin relaxation time T 1 = nuclear spin-lattice relaxation time D = diffusion coefficient

The MRI experiment

“Pesatura” Immagini S(t) = A n exp (-TE/T 2) (1 -exp(-TR/T 1) exp(-b. D)

Tempi di rilassamento dei principali tessuti biologici Tipo di tessuto T 1 (ms) T 2 (ms) osseo 1 -1000 0. 001 -1 Muscolare 450 -650 25 -35 Grasso 180 -300 47 -63 materia grigia (cervello) 350 -600 90 -130 materia bianca (cervello) 220 -350 80 -120 fluidi corporei 1000 -2000 150 -500