Guardare dentro al corpo con la risonanza magnetica

La risonanza magnetica per imaging è una tecnica diagnostica che permette di ottenere immagini anatomiche dettagliate sfruttando le proprietà nucleari degli atomi di idrogeno presenti nelle cellule del corpo umano, attraverso la modulazione di campi magnetici.

Uno dei sistemi di cui la tecnologia in campo medico si avvale per produrre immagini ad alta definizione dell’interno del corpo umano è la risonanza magnetica per imaging, indicata con l’acronimo RMI. L’RMI è basata sui principi della Risonanza Magnetica Nucleare (RMN), una tecnica usata per ottenere informazioni microscopiche e chimico-fisiche sulle molecole, grazie a campi magnetici statici e impulsi a radiofrequenze. È stata scoperta nel 1946 e da allora la risonanza magnetica si è dimostrata un efficiente strumento di indagine in campo medico, perché in grado di generare immagini – in particolare dei tessuti molli – con elevato contrasto e un’ottima risoluzione spaziale in ogni direzione.

 La fortuna di questa tecnica dipende dal fatto che il corpo umano è principalmente costituito da acqua, quindi in gran parte da atomi di idrogeno, che sono ottimi candidati alla produzione di un segnale di risonanza magnetica. Questo perché presentano una caratteristica chiamata spin nucleare, che li fa comportare come dei piccoli magneti quando sono immersi in un campo magnetico. Inoltre, dal momento che costituiscono circa il 63% degli atomi presenti nel corpo, generano un segnale abbastanza potente da essere agevolmente rilevato dalla strumentazione.     

Il principio di funzionamento della tecnica consiste nel sottoporre il paziente a un forte campo magnetico; in questo modo gli spin dei nuclei di idrogeno all’interno del corpo si allineano al campo come tanti piccoli aghi di bussola. Gli spin acquisiscono anche una rotazione intrinseca rispetto alla direzione principale del campo, chiamata precessione, che avviene ad una frequenza tipica, detta frequenza di Larmor, nell’ordine della radiofrequenza. Dalla macchina viene successivamente inviato un impulso impostato a questa frequenza al fine di eccitare gli spin e perturbarne l’equilibrio, rompendo l’allineamento con il campo magnetico. 

Conclusasi l’eccitazione, gli spin dei nuclei tendono a tornare al loro stato iniziale di allineamento lungo il campo esterno. Durante il ripristino dell’equilibrio la macchina misura come cambia nel tempo il segnale della magnetizzazione, ovvero la quantità di spin aventi direzione coincidente con il campo esterno. La perdita di magnetizzazione avviene con un andamento esponenziale descritto da due grandezze di tempo caratteristiche: la prima, indicata con rilassamento t₁, descrive la rapidità con cui si ricostruisce la magnetizzazione diretta lungo la direzione del campo esterno, e dipende dall’interazione tra i protoni e le molecole circostanti; la seconda, indicata con rilassamento t₂, descrive la rapidità con cui si annulla la componente di magnetizzazione lungo la direzione perpendicolare al campo esterno, e dipende dall’interazione reciproca di protoni vicini. In seguito i segnali di questi due rilassamenti vengono rilevati da un’antenna presente all’interno dell’apparecchio e analizzati attraverso degli algoritmi da particolari software, tenendo in considerazione che l’intensità del segnale dipende dalla densità dei nuclei di idrogeno in un certo punto del corpo.

A questo punto è necessario un ultimo passaggio per formare l’immagine: attribuire i segnali acquisiti alla giusta porzione del corpo, facendo in modo che ogni voxel dell’immagine, corrispettivo tridimensionale del pixel, abbia una frequenza propria, diversa rispetto a tutti gli altri. Per questa ragione viene applicato un gradiente, ovvero un campo di intensità crescente in funzione di una certa direzione, che supponiamo essere x, in modo tale che la frequenza degli atomi vari lungo quell’asse e il corpo all’interno del magnete venga suddiviso in piani paralleli ciascuno con la sua propria frequenza. In questo modo, inviando un impulso con una certa frequenza si ecciterà un solo piano, lasciando inalterati tutti gli altri, e si selezionerà una posizione spaziale ottenendo la localizzazione in una dimensione. Similmente si opera per la localizzazione degli spin anche nelle altre dimensioni, per le quali questo processo di scansione deve essere ripetuto un certo numero di volte per ottenere un campionamento di dati sufficiente a ricostruire le corrette informazioni spaziali e ottenere le immagini anatomiche.

Fra gli svantaggi della risonanza magnetica si annoverano i costi di operazione e i tempi di scansione molto più lunghi rispetto ad altre tecniche diagnostiche. Tuttavia, la validità di questo esame consiste nella possibilità di ottenere immagini ad alta definizione, soprattutto dei tessuti molli, e di discriminare tessuti che risultano ambigui nel caso di altre tecniche, come ad esempio il fegato e la milza per i raggi X, o ancora i tessuti sani dalle lesioni. Non ultimo occorre ricordare come l’introduzione nella pratica clinica della RMI abbia profondamente rivoluzionato e potenziato la diagnostica neurologica, permettendoci di osservare in profondità anche il cervello, l’organo più delicato e complesso del corpo umano.

Articolo di Anna Tassetti

Bibliografia e sitografia

Mehmet Kokak, Imaging a risonanza magnetica, in «Manuale MSD». Visitato l’ultima volta il 23/03/22

Fiore Francesca, La risonanza magnetica: come funziona – Introduzione alla psicologia, in «State of Mind: il giornale delle scienze pscicologiche», 04/05/2017. Visitato l’ultima volta il 23/03/22

Hornak Joseph P., The Basic of MRI, 2010, ILS. Libro consultabile digitalmente. Visitato l’ultima volta il 23/03/22

Prosetti Daniele, Risonanza Magnetica Nucleare (RMN): quando farla?, in «Paginemediche», 13/03/12. Visitato l’ultima volta il 23/03/22

Pagina Imaging a risonanza magnetica sull’enciclopedia on-line Wikipedia. Visitato l’ultima volta il 23/03/22