Scopri Come Funziona la Risonanza Magnetica: Tecnologia, Benefici e Applicazioni Sorprendenti

La Risonanza Magnetica (RM) per immagini è una tecnica diagnostica largamente utilizzata in diversi campi della medicina (neurologico, cardiovascolare, ortopedico, ecc.). La risonanza magnetica (RM) è una tecnica diagnostica che fornisce immagini dettagliate del corpo umano utilizzando campi magnetici. Essa è in grado di fornire un’immagine tridimensionale delle parti interne del corpo e viene utilizzata per la diagnosi di una grande varietà di condizioni patologiche perché permette di visualizzare soprattutto gli organi interni, insieme allo scheletro e alle articolazioni.

Ciò fa sì che la risonanza magnetica venga sfruttata in numerosi campi di studio, come la neurologia, la neurochirurgia, l’urologia, la traumatologia, l’ortopedia, la gastroenterologia, la cardiologia e l’oncologia. In oncologia viene utilizzata per la diagnosi, la stadiazione e la valutazione della risposta al trattamento di diversi tipi di tumore. 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.).

Come Funziona la Risonanza Magnetica?

Il meccanismo alla base della tecnica di RM sfrutta le proprietà magnetiche dei nuclei di alcuni elementi chimici ed in particolare dell'idrogeno dell'acqua presente nei tessuti. Al centro di ogni atomo di idrogeno c'è una particella ancora più piccola, chiamata protone che si comporta come un piccolissimo magnete. Quando i protoni dei nuclei si trovano esposti ad un campo magnetico di intensità molto superiore a quello terrestre si muovono orientandosi in base ad esso (per esempio come l’ago di una bussola), acquisiscono energia e rimangono in questo stato di equilibrio “forzato”.

Questo equilibrio può essere alterato da un impulso a radiofrequenza specifico che nella RM, viene fornito attraverso un'antenna posizionata in prossimità dell'area da analizzare. Dopo tale emissione, i protoni modificano il loro stato energetico e successivamente, con differenti velocità, ritornano al loro stato di equilibrio (risonanza). L'enorme magnete ha la forma di un tubo e presenta una cavità aperta ad entrambe le estremità.

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.

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. 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. 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.

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. Il giorno dell'esame si consiglia di indossare indumenti senza ganci o bottoni automatici, spille, chiusure lampo o altre parti metalliche, che andrebbero in ogni caso tolti prima dell'esecuzione dell'indagine.

Si consiglia di prestare molta attenzione anche ai punti metallici applicati in tintoria, che spesso restano attaccati alle etichette perché difficilmente visibili. Per evitare inconvenienti, comunque, la paziente viene di norma invitata a togliersi tutti i vestiti a esclusione della biancheria intima (purché priva di parti metalliche) e a indossare un camice, fornito dal personale, e calzari monouso. Occorre togliere gioielli e piercing, fermagli per capelli e cinture, occhiali e orologio, ma anche eventuali lenti a contatto, apparecchi per l’udito, protesi dentarie mobili, cinti sanitari, busti e parrucche. Non è consentito portare con sé cellulari, carte di credito o altre tessere magnetiche che potrebbero interferire con lo strumento di indagine.

Passaggi Chiave 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.
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.

Controindicazioni e Precauzioni

I portatori di pacemaker cardiaco, neurostimolatori e clip intracraniche per aneurisma non devono sottoporsi a risonanza poiché i campi magnetici prodotti dall’apparecchiatura potrebbero alterare il loro funzionamento. L'esame è controindicato anche per chi, a seguito di incidenti o di interventi chirurgici, ha nel corpo altre strutture metalliche di vario tipo, specialmente se in prossimità di organi vitali, per evitare che i campi magnetici prodotti dalla macchina possano provocare il loro spostamento o il loro surriscaldamento.

Tipicamente si tratta di protesi, chiodi e viti applicate in ortopedia, ma esistono anche altri dispositivi in uso in altri rami della chirurgia (per esempio in interventi di angioplastica su arterie e vene), realizzati con materiali che potrebbero rendere rischioso l'esame. Le protesi del cristallino impiantate per la cataratta prima della metà degli anni Ottanta del secolo scorso o le valvole cardiache metalliche costituiscono un motivo di controindicazione all’esecuzione della risonanza magnetica.

Anche se recentemente sono stati messi a punto e introdotti nella pratica chirurgica nuovi materiali che non interferiscono con l’indagine, è bene segnalare ogni tipo di operazione subita in passato. Sempre per il rischio di avere nel corpo piccole schegge metalliche anche senza esserne consapevoli, è opportuno che chiunque abbia lavorato come tornitore, saldatore, carrozziere, addetto alla lavorazione di vernici metallizzate, oppure abbia subito incidenti di caccia o sia stato vittima di un’esplosione, informi gli operatori.

Infine, anche se oggi esistono strumenti a campo aperto, chi soffre di claustrofobia (paura dei luoghi chiusi) può avere delle reazioni ansiose all’interno della macchina. Si raccomanda pertanto di comunicare al personale sanitario se in passato si è avuto questo tipo di problemi, per esempio dentro ascensori o in luoghi molto stretti. Il disagio provocato dalla chiusura nella macchina è oggi molto minore di un tempo, per la disponibilità di apparecchiature ventilate, più ampie e aperte. In ogni caso è opportuno che chi soffre di forme gravi di claustrofobia, epilessia o altri disturbi psichiatrici segnali il problema agli operatori: in casi di necessità è possibile ricorrere a una leggera sedazione, spesso utilizzata anche allo scopo di tenere fermi a lungo i bambini.

Rischio di Reazioni Allergiche

Rispettando le cautele sopra descritte, l’unico possibile rischio nel corso della risonanza magnetica è una reazione allergica alla sostanza usata come mezzo di contrasto, il gadolinio, che generalmente è molto più rara e lieve di quella prodotta da mezzi di contrasto a base di iodio usati per gli esami radiografici. In ogni caso è bene avvertire il personale se in passato si sono verificate reazioni allergiche di questo tipo o se si è affetti da gravi disfunzioni renali.

Durata dell'Esame

La durata di una risonanza magnetica dipende dall’estensione della parte del corpo da esaminare ma può variare tra i 25 e i 65 minuti. Molti possono trovarsi in difficoltà a mantenersi immobili, come richiesto perché l'esame riesca bene, per tutto il tempo. Si può però chiedere al tecnico che la esegue la possibilità di sgranchirsi un po’ tra una sequenza e l’altra.

Tabella Riassuntiva delle Precauzioni

Condizione	Precauzione
Pacemaker o neurostimolatori	Esame controindicato
Strutture metalliche nel corpo	Informare il personale; esame potenzialmente controindicato
Claustrofobia	Comunicare al personale; possibile sedazione
Gravidanza (primo trimestre)	Esame sconsigliato
Allergie note	Informare il personale; possibile pre-trattamento
Insufficienza renale	Informare il personale; evitare gadolinio