Le sequenze di risonanza magnetica sono particolari configurazioni, ottenibili tramite un'apparecchiatura per risonanza magnetica, che riguardano serie di impulsi e gradienti di campo che permettono di generare immagini a risonanza particolari, frequentemente utilizzate in ambito clinico.

Panoramica

Qui di seguito una tabella in cui si riassumono le principali sequenze utilizzate nell'imaging a risonanza magnetica.

Gruppo Sequenze Abbreviazione Principi fisici Principali caratteristiche cliniche Esempio Spin echo Pesatura in T1 T1 Misurazione del rilassamento longitudinale utilizzando tempo di ripetizione (TR) e tempo di echo (TE) brevi. Basso segnale proveniente dall'acqua, come nel caso di edema, tumori, ischemia, infiammazione, infezione, emorragie croniche o acute, Alto segnale dal grasso Alto segnale dalle sostanze paramagnetiche come il gadolinio (utilizzato come mezzo di contrasto in risonanza magnetica Sequenza standard e di confronto per le altre sequenze. Pesatura in T2 T2 Misurazione del rilassamento trasversale utilizzando lunghi tempi di TR e TE. Alto segnale da tessuti ricchi di acqua. Basso segnale del grasso. Basso segnale per le sostanze paramagnetiche. Sequenza standard e di confronto per le altre sequenze. Pesatura di densità protonica DP Lungo tempo di TR (per ridurre il T1) e breve tempo TE (per minimizzare il T2)Page 292 in: Artropatie e traumi muscolo-scheletrici. Alto segnale dai menischi (vedi immagine) Gradient echo Precessione libera stazionaria SSFP Mantenimento di una magnetizzazione trasversale costante e residua su cicli successivi. Realizzazione di cardio RM (vedi video). Inversion recovery Short tau inversion recovery STIR Soppressione del grasso grazie all'impostazione di un tempo di inversione che annulla il suo segnale. Alto segnale nell'edema, come nelle più gravi fratture da stress. Nell'immagine un caso di sindrome da stress tibiale Fluid attenuated inversion recovery FLAIR Soppressione dei liquidi grazie ad un tempo di inversione che annulla il loro segnale. Alto segnale da infarti lacunari, placche da sclerosi multipla, Emorragia subaracnoidea e meningite (vedi immagine). Double inversion recovery DIR Soppressione simultanea del liquido cerebrospinale e materia bianca grazie a due tempi di inversione. Altro segnale dalle placche della sclerosi multipla (vedi immagine). Diffusion weighted (DWI) Convenzionale DWI Misura del moto browniano delle molecole d'acqua. Alto segnale dopo pochi minuti dall'infarto cerebrale (nella foto). Apparent diffusion coefficient ADC Riduce la pesatura T2 prendendo multiple immagini DWI con differente pesatura DWI. Basso segnale pochi minuti dopo un ictus cerebrale (vedi immagini). Tensore di diffusione DTI Trattografia (nella foto) ottenuta misurando il moto browniano complessivo delle molecole d'acqua nelle direzioni delle fibre nervose. Valutazione della deformazione della materia bianca dovuta ad un tumore Una riduzione della anisotropia frazionale può indicare demenza Perfusion weighted (PWI) Dynamic susceptibility contrast DSC Viene iniettato gadolinio come mezzo di contrasto e viene realizzate immagini a rapida ripetizione (generalmente gradient-echo o echo-gradient pesate in T2) per quantificare la perdita di segnale indotta dalla suscettibilità. Negli infarti cerebrali, il tessuto ischemico e la penombra ischemica presentano una perfusione diminuita (immagine). Dynamic contrast enhanced DCE Misurazione dell'accorciamento del rilassamento T1 indotto da un bolo di mezzo di contrasto di gadolinio. Arterial spin labelling ASL Marcatura magnetica del sangue arterioso prima che entri nella regione di interesse dell'imaging. Non è necessario infondere gadolinio come mezzo di contrasto. Risonanza magnetica funzionale (fMRI) Blood-oxygen-level dependent BOLD Modifiche nella saturazione di ossigeno dipendente dal magnetismo dell'emoglobina che riflette l'attività del tessuto. Localizzazione delle aree del cervello più attive prima di un intervento chirurgico. Magnetic resonance angiography (MRA) e venografia Time-of-flight TOF Il sangue che entra nell'area di interesse non è stato saturato e quindi fornisce un segnale più elevato quando viene utilizzato un breve tempo di echo. Diagnosi di aneurisma, stenosi o dissecazione. Phase-contrast MRA PC-MRA Due gradienti di uguale intensità ma in direzione opposte vengono usati per codificare lo sfasamento che è proporzionale alla velocità degli spin. Diagnosi di aneurisma, stenosi o dissecazione (immagine). (VIPR) Susceptibility weighted SWI Sensibile al sangue e al calcio. Rilevare piccole emorragie (Nell'immagine un danno assonale diffuso) o il calcio.

Spin echo T1 e T2

Ogni tessuto ritorna al suo stato di equilibrio al termine dell'eccitamento a radiofrequenza grazie ai propri processi di rilassamento longitudinale (T1 o spin-reticolo, cioè recupero della magnetizzazione nella stessa direzione del campo magnetico statico) e rilassamento trasversale (T2 spin-spin, trasversale al campo magnetico statico). Per creare un'immagine pesata in T1, la magnetizzazione deve recuperare prima che venga misurato il segnale cambiando il tempo di ripetizione (TR). Questa ponderazione dell'immagine è utile, ad esempio, per valutare la corteccia cerebrale, identificare il tessuto adiposo, caratterizzare le lesioni focali del fegato e in generale per ottenere informazioni morfologiche, nonché per l'imaging post-contrasto. Per creare un'immagine pesata in T2, la magnetizzazione può decadere prima di misurare il segnale RM cambiando il tempo di eco (TE). Questa ponderazione dell'immagine è utile per rilevare edema e infiammazione, rivelando lesioni della sostanza bianca e valutando l'anatomia di organi come la prostata e l'utero.

La visualizzazione standard delle immagini a risonanza magnetica in scala di grigi si presenta come segue:

Segnale T1-pesato T2-pesato AltoGrasso Emorragia subacuta Melanina Fluidi ricchi di proteine Sangue a scorrimento lento Sostanze paramagnetiche, come gadolinio, manganese, rame Necrosi corticale pseudo-laminareTessuti contenenti molta acqua, come nell'edema, nei tumori, nell'infarto, nell'infiammazione e nell'infezione Metaemoglobina situata in zona extracellulare nelle emorragie subacute Intermedio Materia grigia più scura rispetto alla materia bianca Materia bianca più scura rispetto alla materia grigia Basso Osso Urina Liquido cerebrospinale Aria Tessuti contenenti molta acqua, come nell'edema, nei tumori, nell'infarto, nell'infiammazione, nell'infezione, nelle emorragie croniche o iperacute Bassa densità protonica, come nelle calcificazioniOsso Aria Grasso Basa densità protonica come nelle calcificazioni e nella fibrosi Materiali paramagnetici come deossiemoglobina, metaemoglobina intracellulare, ferro, ferritina, emosiderina, melanina Fluidi ricchi di proteine

Densità protonica Le immagini ponderate in densità protonica (DP) vengono ottenute utilizzando un tempo di ripetizione lungo (TR) e un tempo di eco breve (TE). Nelle immagini dell'encefalo, questa sequenza permette di creare una distinzione più marcata tra materia grigia (più chiara) e materia bianca (in grigio scuro), ma con poco contrasto tra cervello e liquido cefalorachidiano. È, inoltre, molto utile per l'individuazione di malattie articolari e lesioni muscoloscheletriche.

Gradient echo

Una sequenza con tecnica gradient echo è alla base di molte altre importanti sequenze da essa derivate, come l'imaging echo-planare e le Steady-state free precession imaging''' SSFP. Esse permettono di avere tempi di ripetizione (TR) molto brevi e quindi di acquisire immagini in breve arco di tempo.

Le sequenze gradient echo sono caratterizzate da una singola eccitazione a radiofrequenza, seguita da un gradiente applicato lungo l'asse di lettura chiamato "gradiente di sfasamento". Questo gradiente modifica la fase di spin in modo spazialmente dipendente così che alla fine del gradiente il segnale venga completamente cancellato perché la coerenza tra gli spin sarà completamente distrutta.

A questo punto viene applicato un gradiente di lettura di polarità opposta, in modo da compensare l'effetto del gradiente di disparità. Quando l'area del gradiente di lettura è uguale a quella del gradiente di disparità, gli spin avranno una nuova fase coerente (eccetto per gli effetti del rilassamento T2*), e quindi un segnale sarà nuovamente rilevabile. Questo segnale prende il nome di echo o più specificamente di segnale di echo di gradiente, perché è prodotto dal rifasamento dovuto ad un gradiente (a differenza del segnale di spin echo il cui rifasamento è dovuto a un impulso di radiofrequenza).

Le sequenze del tipo di gradient echo consentono di ottenere tempi di ripetizione molto brevi, poiché l'acquisizione di un echo corrisponde all'acquisizione di una linea del k-spazio e questa acquisizione può essere resa più rapida aumentando l'ampiezza dei gradienti di rifasamento e lettura. Una sequenza del tipo spin echo deve invece attendere l'esaurimento del segnale che si forma spontaneamente dopo l'applicazione dell'impulso di eccitazione prima che possa produrre un'eco (decadimento libero dell'induzione o free induction decay).

A scopo di confronto, il tempo di ripetizione di una sequenza gradient echo è dell'ordine di 3 millisecondi, rispetto a circa 30 ms di una sequenza di spin echo.

Spoiling

Alla fine della lettura, la magnetizzazione trasversale residua può risultare azzerata (mediante l'applicazione di gradienti adatti e l'eccitazione tramite impulsi con radiofrequenza a fase variabile) o mantenuta.

Nel primo caso ci si trova in una sequenza spoiled, come la sequenza FLASH (Fast Low-Angle Shot), mentre nel secondo caso vi appartengono le sequenze SSFP (Steady-State Free Precession).

Steady-state free precession (SSFP)

L'imaging steady-state free precession è una tecnica di risonanza magnetica che utilizza stati di magnetizzazione stazionari. In generale, le sequenze SSFP si basano su una sequenza di risonanza magnetica caratterizzate da un basso flip angle con un breve tempo di ripetizione che nella sua forma generica è stata descritta come la tecnica "FLASH".

Mentre le sequenze gradient echo si riferiscono solo a uno stato stazionario della magnetizzazione longitudinale, le sequenze SSFP includono le coerenze trasversali (magnetizzazioni) da echi di spin multipli e echi stimolati sovrapposti. Solitamente ciò viene effettuato rimettendo a fuoco il gradiente di codifica di fase in ciascun intervallo di ripetizione per mantenere costante l'integrale di fase (o il momento del gradiente). Le sequenze SSFP completamente bilanciate raggiungono una fase dello zero riorientando tutti i gradienti di imaging.

Sequenza in-phase e out-phase

Le sequenze in-phase e out-of-phase corrispondono alle sequenze a eco del gradiente accoppiate utilizzando lo stesso tempo di ripetizione (TR) ma con due tempi di eco differenti (TE). Questo può rilevare anche quantità microscopiche di grasso, che ha un calo del segnale su out-of-phase rispetto a in-phase. Tra i tumori renali che non mostrano grasso macroscopico, tale calo del segnale è osservato nell'80% di carcinoma a cellule renali e nell'angiomiolipoma a grasso minimo.

Nomi commerciali di sequenze ad echo di gradiente Academic ClassificationSpoiled gradient echoSteady-State Free Precession (SSFP)Balanced Steady-State Free Precession (bSSFP)Ordinary typeTurbo type(Magnetization preparation, extremely low angle shot, short TR)FID-likeEcho-like SiemensFLASH Fast Imaging using Low Angle Shot TurboFLASH Turbo FLASH FISP Fast Imaging with Steady-state Precession PSIF Reversed FISP TrueFISP True FISP GESPGR Spoiled GRASS FastSPGR Fast SPGR GRASS Gradient Recall Acquisition using Steady States SSFP Steady State Free Precession FIESTA Fast Imaging Employing Steady-state Acquisition PhilipsT1 FFE T1-weighted Fast Field Echo TFE Turbo Field Echo FFE Fast Field Echo T2-FFE T2-weighted Fast Field Echo b-FFE Balanced Fast Field Echo

Inversion recovery