Risonanza Magnetica: Scopri Come Funziona e Le Sorprendenti Applicazioni

La risonanza magnetica (RM) è un esame diagnostico avanzato che permette di ottenere immagini dettagliate dell’interno del corpo umano senza l’uso di radiazioni ionizzanti. A differenza di altri esami diagnostici, come la TAC o la radiografia, la risonanza magnetica non utilizza radiazioni ionizzanti: ecco perché risulta una scelta più sicura in molte situazioni. Viene prescritta quando è necessario un livello di dettaglio superiore rispetto ad altri esami di imaging, offrendo un’indagine accurata e non invasiva.

La Risonanza Magnetica (RM) per immagini è una tecnica diagnostica largamente utilizzata in diversi campi della medicina (neurologico, cardiovascolare, ortopedico,…). La Risonanza Magnetica (RM), anche detta risonanza magnetica nucleare (RMN) sfrutta un potente campo magnetico e onde radio per ottenere immagini dettagliate dell’interno del corpo.

Approfondiamo il suo funzionamento, le diverse tipologie disponibili e le principali indicazioni cliniche. Inoltre, consente di visualizzare con grande precisione i tessuti molli: questo la rende particolarmente utile per lo studio del cervello, del midollo spinale, delle articolazioni e di alcuni organi interni.

Principi di Funzionamento della Risonanza Magnetica

Gli scanner di risonanza magnetica funzionano grazie alla presenza di campi magnetici che permettono di generare immagini degli organi del corpo. Il principio alla base di questa tecnologia è la risonanza dei nuclei di idrogeno presenti nel nostro corpo. Gli atomi di idrogeno, abbondanti nei tessuti biologici, vengono allineati dal campo magnetico generato dal macchinario.

In particolare, nella RM il sistema che eroga energia è rappresentato dalle onde elettromagnetiche a RF, che disturbano l’equilibrio dei nuclei di idrogeno (H), presenti in abbondanza nei tessuti del corpo umano e che sono ordinati lungo una stessa direzione per effetto del campo magnetico esterno. Gli atomi di H rappresentano quindi il sistema accettore: lo scambio di energia avviene però solo se la frequenza delle onde RF è uguale alla frequenza caratteristica dei nuclei di H.

I nuclei di idrogeno hanno numero quantico di spin diverso da 0 e quindi possiedono un momento angolare, cioè un movimento di rotazione: all’interno dei tessuti biologici essi sono orientati casualmente ma se vengono immersi in un campo magnetico essi si orientano lungo la sua direzione (in verso concorde o discorde); inoltre acquistano una ulteriore rotazione. Il movimento che ne risulta è detto di “precessione” e può essere paragonato a quello di una trottola che venga toccata mentre ruota attorno al proprio asse.

L’insieme dei nuclei allineati lungo la direzione del campo magnetico statico può essere considerato come un unico vettore avente direzione e verso pari a quelli di B0, detto “magnetizzazione macroscopica” M. Quando i nuclei acquistano energia da un’onda di eccitazione RF perdono la loro condizione di equilibrio: a seconda della durata dell’impulso, un certo numero di protoni allineati al campo con verso concorde (livello energetico più basso) si porteranno ad un livello energetico più alto, quindi a disporsi in verso discorde a B0 fino al bilanciamento numerico delle due popolazioni e al raggiungimento di una sincronizzazione di fase.

L’impulso RF responsabile di questo fenomeno è detto “impulso RF a 90°” e fa si che la magnetizzazione M compia un moto a spirale fino a porsi sul piano trasversale alla direzione di B0 (se la direzione di B0 è Z, il piano trasversale è ovviamente il piano XY). Un impulso RF a 180° causa invece l’inversione del vettore ML che continua il suo movimento a spirale fino a disporsi nuovamente sull’asse Z ma con verso contrario a quello iniziale.

Un altro parametro importante è il tempo di rilassamento T2* (T2 star): esso è legato alla perdita di coerenza di fase della MT determinata sia da scambi energetici tra spin e spin che dalle disomogeneità del campo magnetico incontrate dalla MT durante il moto sul piano trasversale XY.

Localizzazione Spaziale

Al fine di ottenere il risultato finale occorre un ulteriore passo e cioè quello della localizzazione: per ottenere un’immagine dell’organo sotto indagine è infatti indispensabile localizzarlo spazialmente. A questo scopo i gradienti di campo, ovvero dei campi magnetici variabili nello spazio e nel tempo, vengono sovrapposti al campo magnetico statico; essi hanno proprio la funzione di dare una collocazione spaziale alle sorgenti dei vari segnali ricevuti dal sistema.

Dall’equazione di Larmor sappiamo che ad ogni intensità di campo magnetico corrisponde una frequenza di precessione protonica quindi, variando di quantità note il campo magnetico su volumi specifici, è possibile selezionare le regioni dalle quali proviene il segnale basandosi sulla frequenza di quest’ultimo. I gradienti di campo vengono applicati durante il periodo in cui viene inviato l’impulso di RF e permettono di selezionare una particolare fetta (slice) nel volume sotto indagine.

Rilassamento e Emissione del Segnale

Quando l’impulso di RF viene interrotto, i protoni rilasciano energia tornando alla loro posizione iniziale.

Elaborazione del Segnale

Il segnale grezzo viene processato attraverso algoritmi di Fourier e trasformato in immagini digitali ad alta risoluzione.

Tipologie di Risonanza Magnetica

Esistono diverse tipologie di risonanza magnetica che possono essere eseguite, che variano in base al tipo di indagine da effettuare. Le principali sono le seguenti:

Risonanza magnetica con e senza contrasto: in alcuni casi, per migliorare la visibilità di particolari strutture o anomalie, viene somministrato un mezzo di contrasto a base di Gadolinio. Questo aiuta a evidenziare meglio infiammazioni, tumori e alterazioni vascolari.
Risonanza magnetica aperta e chiusa: la RM tradizionale prevede un macchinario a tunnel, ma esistono anche versioni aperte, pensate per pazienti claustrofobici o con esigenze specifiche. Al Centro Medico San Jacopo di Agliana è disponibile una Risonanza Magnetica aperta articolare, un significativo passo avanti rispetto alle apparecchiature tradizionali a tunnel.
Risonanza magnetica funzionale (fMRI): questo tipo di RM viene utilizzato soprattutto in neurologia per studiare l’attività cerebrale.
RMI funzionale: rileva i cambiamenti metabolici che si verificano quando il cervello è attivo, utile in vari contesti, ad esempio quando si deve pianificare un intervento chirurgico cerebrale per l’epilessia.
RMI a perfusione: questo esame consente di eseguire una stima del flusso sanguigno in una determinata area, molto utile ad esempio in caso di ictus.
RMI con tensore di diffusione: consente di rilevare le variazioni del movimento dell’acqua nelle cellule che non funzionano in modo adeguato. Questa tecnica è spesso impiegata principalmente per la diagnosi precoce dell’ictus, ma anche per individuare disturbi cerebrali, compresa la presenza di metastasi tumorali nel cervello.
Spettroscopia mediante risonanza magnetica: tramite l’emissione continua e non intermittente di onde radio, questo esame viene utilizzato per rilevare disturbi cerebrali, come il morbo di Alzheimer, tumori e ascessi cerebrali.
Angio risonanza magnetica (angio-RM): simile all’Angio TC e all’angiografia tradizionale, consente di acquisire immagini dettagliate dei vasi sanguigni, spesso tramite l’iniezione di un mezzo di contrasto, e di individuare la presenza di aneurismi, dissezioni aortiche, trombi, tumori. Questo esame è più sicuro e semplice da eseguire rispetto agli altri due menzionati, ma è molto più costosa.
Venografia mediante risonanza magnetica: è l’equivalente della Angio-RM ma dedicata all’analisi delle vene, eseguita per valutare la presenza di una trombosi venosa cerebrale.

Il medico indicherà il tipo di risonanza a cui sottoporsi a seconda della condizione patologica da indagare.

Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI)

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica introdotta di recente per studiare nel dettaglio l’attività cerebrale. Essa nasce negli anni novanta ad opera di Thulborn e Ogawa, che intuirono l’importanza dell’ossigenazione sanguigna nel tempo (segnale BOLD, Blood Oxygenation Level Dependent), per acquisire immagini relative a una determinata area cerebrale. L’effetto BOLD era stato studiato da L.Pauling, che l’aveva legato a delle immagini strutturali cerebrali per renderle più informative da un punto di vista funzionale.

Questo metodo di indagine si basa sul cambiamento del segnale MRI, al quale si associa la risposta emodinamica e metabolica in una regione in cui si ha un’attivazione neuronale indotta da stimoli interni o esterni. L’fMRI, è legata strettamente a contesti sperimentali e di ricerca per individuare, sia in soggetti normali che in soggetti patologici, le aree del cervello attivate durante compiti di stimolazione. In questo modo si ottengono mappe di attivazione (funzionali) che consentono di illustrare quali aree cerebrali sottendono funzioni cognitive specifiche.

Quando si genera un incremento di attività cerebrale in un’area si determina un maggiore afflusso sanguigno in quell’area con conseguente aumento locale della quantità di ossigeno. Di conseguenza anche il flusso sanguigno aumenterà perché è necessaria una quantità maggiore di emoglobina ossigenata.

La fMRI non produce immagini dirette di quello che avviene nel cervello, poiché queste immagini sono un effetto indiretto, derivante dalla risposta emodinamica, dell’attività neuronale. Durante una sessione di un esperimento in fMRI, quindi, sono acquisite immagini funzionali quando il cervello è in una condizione di riposo (assenza di stimoli) e durante l’esecuzione di un task sensoriale, motorio o task cognitivo.

Lo stesso task è ripetuto periodicamente in modo da fare una media statistica di tutti i valori delle immagini relativi all’attivazione. L’immagine finale si ottiene facendo una sottrazione mediata tra l’immagine acquisita durante l’assenza di stimoli e l’immagine acquisita durante la presentazione dello stimolo.

A cosa serve fare una risonanza magnetica?

Come spiegato, la risonanza magnetica è un esame di imaging molto versatile, con applicazioni pratiche in svariati campi della medicina, che il medico potrebbe prescrivere al paziente per numerosi scopi. La RM può essere eseguita su diversi distretti del corpo, tra cui cervello e colonna vertebrale, articolazioni e muscoli, organi interni come fegato, cuore, reni e intestino, per esami più approfonditi.

In genere, viene utilizzata per diagnosticare o valutare le seguenti condizioni patologiche, danni subiti dal paziente, tumori e problemi ossei, tra cui i seguenti:

aneurismi dei vasi cerebrali;
disturbi dell’occhio e dell’orecchio interno;
sclerosi multipla;
disturbi del midollo spinale;
ictus;
tumori;
lesione cerebrale da trauma;
dimensione e funzione delle camere cardiache;
spessore e movimento delle pareti del cuore;
entità del danno causato da attacchi di cuore o malattie cardiache;
problemi strutturali nell’aorta, come aneurismi o dissezioni;
infiammazione o blocchi nei vasi sanguigni;
tumore a: fegato e vie biliari, reni, milza, pancreas, utero, ovaie, prostata, ossa e tessuti molli, seno (insieme a una mammografia);
anomalie articolari causate da lesioni traumatiche o ripetitive, come lacerazione della cartilagine o dei legamenti;
anomalie del disco nella colonna vertebrale;
infezioni ossee.

Grazie alla sua versatilità, la risonanza magnetica rappresenta un esame diagnostico fondamentale in molteplici specialità mediche. Insomma, le applicazioni diagnostiche della RM sono davvero numerose, il che rende questo esame davvero prezioso nell’ambito della medicina nucleare.

Preparazione all'Esame

Prima dell’esame, il paziente riceverà istruzioni specifiche dal personale medico o tecnico sulla preparazione necessaria. Queste istruzioni possono includere il digiuno per alcune ore, la rimozione di oggetti metallici (come gioielli e apparecchi acustici) e la vestizione con indumenti ospedalieri.

Cosa Aspettarsi Durante l'Esame

Posizionamento del paziente: il paziente viene quindi posizionato sulla lettiga della RM.
Inserimento nella macchina RM: la lettiga del paziente viene quindi spinta all’interno del tunnel o dell’anello della macchina, dove avverrà l’acquisizione delle immagini. Durante l’esame, il paziente si sdraia su un lettino che scorre all’interno di un cilindro, dove un magnete crea un campo magnetico stabile.
Comunicazione con il personale medico: durante l’esame, il paziente rimarrà in comunicazione costante con il personale medico o tecnico attraverso un microfono o un sistema di interfono. La RMN richiede solo una minima collaborazione da parte del paziente.
Acquisizione delle immagini: durante l’esame, vengono inviati impulsi radio e campi magnetici per creare i segnali utilizzati per generare le immagini. Il paziente deve rimanere il più immobile possibile durante questo processo per evitare artefatti nelle immagini.
Fine dell’esame: una volta completata l’acquisizione delle immagini, la lettiga del paziente viene gradualmente estratta dalla macchina RM.

Risonanza Magnetica con Mezzo di Contrasto

La risonanza magnetica può essere eseguita con o senza la somministrazione di un mezzo di contrasto per via endovenosa al paziente, con lo scopo di opacizzare i tessuti da visualizzare in modo più dettagliato. Il mezzo di contrasto impiegato in questi casi è chiamato gadolinio, un metallo che funge, appunto, da agente di contrasto all’interno del campo magnetico, consentendo di ottenere immagini molto dettagliate delle eventuali differenze di vascolarizzazione o fra un tessuto e l’altro.

Però, sottoporsi a una RM con mezzo di contrasto prevede una procedura un po’ più complessa anche in termini di preparazione all’esame. Infatti, nei giorni che precedono l’esame è richiesto una analisi della creatininemia, per evitare problemi renali, e un elettrocardiogramma. L’esame dura di più rispetto a quello senza mezzo di contrasto. Nelle ore successive all’esame si raccomanda l’assunzione di molti liquidi per favorire l’espulsione del liquido di contrasto tramite le urine.

In alcuni casi, potrebbe essere richiesto un esame del sangue per verificare la funzionalità renale e l’ematocrito (il rapporto tra cellule del sangue e plasma). Consulto medico: solitamente, un medico valuterà la necessità dell’esame RM con contrasto e discuterà la procedura con il paziente.

Controindicazioni alla Risonanza Magnetica

Non tutti i soggetti possono sottoporsi a una risonanza magnetica, proprio a causa dell’utilizzo del campo magnetico alla base del suo funzionamento. In genere la presenza di metallo nel corpo può rappresentare un pericolo per la sicurezza se attratto dal magnete, ma anche se non viene attratto può comunque influenzare la qualità delle immagini acquisite.

A meno che il dispositivo in possesso del paziente non sia certificato come sicuro per la risonanza magnetica, non possono sottoporsi a una risonanza magnetica i soggetti con:

protesi articolari metalliche;
valvole cardiache artificiali;
defibrillatore cardiaco impiantabile;
pompe impiantate per l’infusione di farmaci;
stimolatori nervosi impiantati;
pacemaker;
clip in metallo, perni metallici, viti, placche, stent o graffette chirurgiche;
impianti cocleari;
un proiettile, una scheggia o qualsiasi altro tipo di frammento metallico;
dispositivo intrauterino.

Portatori di dispositivi metallici o elettronici: pacemaker, neurostimolatori, defibrillatori impiantabili e alcune protesi metalliche possono interferire con il campo magnetico. Anche i tatuaggi potrebbero creare problemi, a causa dell’impiego di alcuni inchiostri contenenti metalli.

Le persone con claustrofobia anche lieve possono avere difficoltà a tollerare lunghi tempi di scansione all’interno della macchina. In seguito a incidenti gravi, capita di dover inserire delle protesi metalliche (viti, placche, ecc…), che rendono impossibile eseguire l’esame.

Sicurezza e Affidabilità

Non utilizzando radiazioni ionizzanti, la RM è ritenuta intrinsecamente più sicura rispetto alle tecniche di radio-diagnostica (es. tomografia a raggi X) o di medicina nucleare (es. D’altra parte, il personale sanitario che lavora in ambienti di RM è esposto, durante il tempo di permanenza nella sala magnete, al campo magnetico statico che è costantemente presente. L’esposizione ai campi di gradiente ed alla RF, che sono presenti solo durante l’esecuzione dell’esame diagnostico, avviene solo in particolari situazioni che richiedono la presenza dell’operatore in sala durante l’esame (es. procedure interventistiche, pazienti che richiedono particolare assistenza…). Inoltre, il campo magnetico statico è caratterizzato da un forte gradiente spaziale, con valori che decrescono proporzionalmente con la distanza dal magnete.

Grazie agli elevati standard di sicurezza, la risonanza magnetica è considerata una delle metodiche diagnostiche più affidabili e ben tollerate.