Scopri il Segreto della Risonanza Magnetica: Come Funziona e le Sorprendenti Applicazioni

Devi fare una risonanza magnetica ma non sai bene cosa aspettarti? Ecco cosa dovresti sapere: rispondiamo alle domande più frequenti su come funziona, a cosa serve, come prepararsi e quanto può costare, permettendoti di affrontare l’esame con più serenità.

Cos’è e a cosa serve la risonanza magnetica?

La risonanza magnetica (RM o RMN, acronimo per risonanza magnetica nucleare) è una tecnica di imaging non invasiva che consente di ottenere immagini dettagliate dell’interno del corpo umano: attraverso campi magnetici e onde radio è possibile visualizzare organi, tessuti molli, muscoli, articolazioni ed altre strutture, senza radiazioni ionizzanti.

La Risonanza Magnetica (RM) per immagini è una tecnica diagnostica largamente utilizzata in diversi campi della medicina (neurologico, cardiovascolare, ortopedico,…).

La Risonanza Magnetica è una tecnica diagnostica che permette di esaminare diversi distretti del corpo umano attraverso immagini tridimensionali.

La Risonanza Magnetica (RM) rappresenta una delle tecnologie più avanzate e rivoluzionarie della diagnostica per immagini.

L’avvento della Risonanza Magnetica ha rivoluzionato la medicina nucleare, offrendo un metodo di imaging privo di radiazioni e in grado di fornire informazioni dettagliate sulla struttura e sulla funzionalità degli organi interni.

La RMN viene prescritta quando è necessario indagare l’anatomia interna di un determinato distretto del corpo umano.

Nello specifico, la risonanza magnetica è frequentemente impiegata per esaminare:

Cervello e midollo spinale, eventuali patologie neurologiche;
Colonna vertebrale, ernie o problemi discali;
Articolazioni, ad esempio ginocchia, spalle o anche;
Organi interni, tra cui fegato, reni, utero e prostata;
Vasi sanguigni, attraverso tecniche specifiche (come l’angio-RM).

Come funziona la risonanza magnetica?

Il funzionamento della risonanza magnetica si basa su un principio sofisticato, ma sicuro. Il paziente entra all’interno del tunnel del macchinario (o “gantry”) che genera un potente campo magnetico, provocando una reazione delle molecole di idrogeno presenti nei tessuti. Grazie alle onde radio inviate attraverso il corpo, la macchina è in grado di registrare i segnali inviati dagli atomi di idrogeno e di elaborarli per creare un’immagine dettagliata.

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.

Un potente campo magnetico esterno (“effetto calamita”) costringe le molecole d’acqua del corpo a cambiare stato energetico. Le oscillazioni indotte nei protoni possono essere rilevate dall’esterno misurando la densità di molecole in quel punto.

Il principio di funzionamento è piuttosto semplice: i nuclei atomici presenti nel corpo umano emettono un segnale di rilassamento quando sono posti in un campo magnetico intenso.

Gli scanner di risonanza magnetica funzionano grazie alla presenza di campi magnetici che permettono di generare immagini degli organi del corpo.

Ricordiamo che il segnale della risonanza magnetica dipende dai protoni dell’acqua contenuti nei tessuti, mentre l’intensità dell’immagine deriva dalla densità dei protoni ed è influenzata dall’ambiente locale delle molecole d’acqua.

Ciascun protone possiede una carica e ruota attorno al proprio asse, ovvero ha uno spin. Quando il tessuto è disposto in un campo magnetico statico, i protoni in pochi secondi si ordineranno assumendo un verso parallelo (up) o antiparallelo (down).

I due orientamenti rappresentano situazioni di livello energetico diverse. Per far verificare il fenomeno della risonanza magnetica è necessario si invii un’onda a radiofrequenza specifica, cioè a frequenza uguale a quella di precessione dei protoni di Idrogeno.

In questo modo si produce un’eccitazione sul sistema protonico: l’energia fornita al tessuto dall’impulso di eccitazione a radiofrequenza sarà tanto maggiore quanto più lunga sarà la durata dell’impulso stesso.

I nuclei risentono della transizione energetica, e quindi perdono la loro situazione di equilibrio.

Alla fine dell’impulso di radiofrequenza, il sistema protonico si trova in una situazione di non equilibrio, dovuta alla quantità di energia assorbita e ad un conseguente aumento dell’energia potenziale che genera instabilità e tendenza al ripristino delle condizioni iniziali.

All’eccitazione protonica segue quindi una fase durante la quale gli spin tenderanno a liberarsi dell’energia in sovrappiù fino a tornare nella condizione iniziale che è assai più stabile e più probabile.

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.

Per capire meglio il concetto, possiamo pensare alle corde di una chitarra: se ne pizzichiamo una facendola quindi vibrare ad una certa frequenza, quella vicina risentirà delle onde emesse dalla prima e si metterà anch’essa a vibrare; questo fenomeno può essere impercettibile ma se le due corde sono tese in modo da emettere la stessa nota (sono cioè accordate tra di loro) il fenomeno risulta ben visibile e le due corde vibrano in modo da emettere, appunto, onde alla stessa frequenza.

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.

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.

Tipi di risonanza magnetica

Esistono diverse tipologie di risonanza magnetica, che si differenziano in base al macchinario utilizzato o alla modalità di esecuzione dell’esame. Le principali sono:

Risonanza magnetica chiusa - la più comune, costituita da un tunnel lungo e stretto dove si genera il campo magnetico; offre immagini di altissima qualità, ma può rappresentare un’esperienza spiacevole per chi soffre di claustrofobia.
Risonanza magnetica aperta - pensata per alcune esigenze particolari, il macchinario risulta più spazioso e “aperto” lateralmente, rendendo l’esame meno stressante, anche se la qualità visiva può essere leggermente inferiore. 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 con mezzo di contrasto - viene somministrata una sostanza (a base di gadolinio) per via endovenosa, evidenziando infiammazioni, vasi sanguigni, tumori o alterazioni non facilmente visibili con una normale risonanza. Consulto medico: solitamente, un medico valuterà la necessità dell’esame RM con contrasto e discuterà la procedura con il paziente. Esami del sangue: 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).

Preparazione del paziente

La preparazione per una risonanza magnetica è abbastanza semplice, ma può variare in base alla zona da esaminare e all’eventuale mezzo di contrasto. Tipicamente è consigliato:

Seguire le indicazioni del medico, che in alcuni casi potrebbe richiedere il digiuno di alcune ore, soprattutto se è previsto il mezzo di contrasto. Preparazione del paziente: 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.
Portare la documentazione sanitaria necessaria: eventuale ricetta o prescrizione dell’esame, analisi utili svolte in precedenza, i referti più recenti; Prima dell'esame ad ogni paziente viene consegnata una scheda-questionario, che dovrà compilare e firmare.
Comunicare allergie, patologie o condizioni particolari, in particolare la gravidanza, la presenza di pacemaker, protesi o tatuaggi di ampie dimensioni;
Indossare abiti comodi e senza componenti metalliche: in molti centri viene fornito un camice adeguato per effettuare l’esame in sicurezza.

Ecco invece cosa non fare prima di una risonanza magnetica:

Non indossare oggetti metallici (orologi, gioielli, piercing, fermagli, occhiali e vestiti);
Evita di applicare cosmetici e creme, in particolare nella zona da esaminare;
Non assumere cibi o bevande nelle ore precedenti, se richiesto dal medico.

In caso di dubbi o problemi è sempre bene informare in anticipo il centro medico, così da valutare altre possibili soluzioni (tra cui la sedazione o l’uso di un macchinario aperto).

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. 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. 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.

Durata dell'esame

La durata di una risonanza magnetica, in media, va dai 20 ai 50 minuti, a seconda dell’area da esaminare, dall’uso del mezzo di contrasto e dalla tecnologia utilizzata.

La durata dell’esame varia in base al distretto da analizzare e alla situazione di ogni singolo paziente.

Durante l’esame il paziente deve rimanere immobile: è possibile percepire dei suoni ritmici abbastanza intensi, che fanno parte del normale funzionamento del macchinario.

Effetti collaterali e rischi

La risonanza magnetica è un esame sicuro, non invasivo e senza radiazioni: come per qualsiasi procedura, però, è utile conoscere i possibili effetti collaterali, seppur molto rari.

Nella risonanza magnetica con mezzo di contrasto, alcune persone possono avvertire:

Lievi risposte allergiche, come rossore, prurito o nausea;
Sensazione di calore durante l’iniezione.

Non esistono evidenze di rischi per la salute a lungo termine derivanti dalla risonanza magnetica: normalmente, anche il mezzo di contrasto viene smaltito dai reni in poche ore.

Controindicazioni

La risonanza magnetica è un esame sicuro per la maggior parte delle persone, ma esistono alcune controindicazioni che il medico deve valutare attentamente. L’esame è generalmente controindicato, o richiede precauzioni particolari, nei pazienti con:

Pacemaker o defibrillatori (non compatibili con la risonanza magnetica);
Neurostimolatori, protesi metalliche, valvole cardiache artificiali o clip vascolari; Analogamente possono costituire controindicazione all'esame la presenza di schegge metalliche all'interno del corpo e in particolare in vicinanza degli occhi, clips metalliche a seguito di interventi chirurgici al cervello o al cuore. Oggetti di materiale ferromagnetico immersi in un campo magnetico intenso subiscono forze rilevanti che possono provocarne lo spostamento con conseguente danno ai tessuti, ad esempio nel caso delle schegge che si trovassero vicino a vasi sanguigni; anche in assenza di tale rischio la presenza di materiale ferromagnetico, alterando il campo cui sono sottoposti i tessuti, può degradare l'immagine. parti metalliche: in seguito a incidenti gravi, capita di dover inserire delle protesi metalliche (viti, placche, ecc…), che rendono impossibile eseguire l’esame.
Schegge metalliche nel corpo, soprattutto nella zona del viso e degli occhi.

Se necessaria, la risonanza magnetica può essere eseguita in gravidanza, all’interno del primo trimestre: salvo diversa indicazione medica, è bene evitare il mezzo di contrasto (èperò necessario che il medico ginecologo ne motivi la richiesta). E' preferibile evitare l'esame nel primo trimestre di gravidanza, salvo casi particolari vagliati dal medico responsabile. Nei bambini l’esame è sicuro, ma può essere necessaria la sedazione per i più piccoli. claustrofobia: le persone con claustrofobia anche lieve possono avere difficoltà a tollerare lunghi tempi di scansione all’interno della macchina. Riduzione della claustrofobia: molti pazienti avvertono disagio e ansia nei macchinari chiusi.

Lettura dei risultati

Dopo la risonanza le immagini vengono analizzate da un medico radiologo, che interpreterà l’esame diagnostico: il referto viene poi consegnato al paziente entro qualche giorno, anche se in alcuni centri può essere disponibile in tempi più rapidi.

Il referto contiene una descrizione tecnica delle immagini rilevate (strutture, eventuali anomalie e misurazioni) con la relativa registrazione, una conclusione diagnostica e altre indicazioni cliniche, utili al medico curante per eventuali approfondimenti.

I risultati sono attendibili: la risonanza magnetica è una delle metodiche più accurate e sensibili, ma è bene ricordare che la valutazione finale spetta al medico curante.

Risonanza magnetica funzionale (fMRI)

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica intordotta 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.

Chiaramente i compiti fatti svolgere da un soggetto in fMRI sono specifici rispetto a una funzione svolta da una determinata area.

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.