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Introduzione

Risonanza magnetica o MRI Tecnica diagnostica di tipo radiologico che fornisce immagini di sezioni del corpo umano, sfruttando le proprietà dei nuclei atomici immersi in campi magnetici.

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Cenni storici

La risonanza magnetica, come la conosciamo oggi, si può considerare il frutto degli apporti scientifici di numerosi studiosi. Nasce infatti dall’applicazione dei principi della risonanza magnetica nucleare (NMR, Nuclear Magnetic Resonance) impiegata nell’analisi fisica e chimica, e da un continuo sforzo di perfezionamento che ha permesso di creare uno strumento di medicina diagnostica, sofisticato, affidabile e non invasivo per il paziente.

Alla fine degli anni Quaranta del XX secolo gli statunitensi Henry Torrey ed Erwin Louis Hahn sperimentarono una risonanza magnetica nucleare in cui venivano applicati impulsi di onde radio molto intense, invece che un’onda singola in modo continuo. Hahn scoprì anche un fenomeno legato al comportamento dei nuclei atomici chiamato “eco di spin”; circa vent’anni dopo, la risonanza magnetica nucleare a impulsi e il concetto di eco di spin erano destinati ad assumere un ruolo cruciale nello sviluppo successivo della risonanza magnetica per immagini. Tuttavia, fino ad allora nessuno aveva ancora ipotizzato l’applicazione della NMR in ambito medico e a fini diagnostici. Negli ultimi anni Cinquanta il fisico statunitense Russell H. Varian propose un nuovo metodo chiamato “risonanza magnetica secondo la serie di Fourier” che, alla fine degli anni Sessanta, il chimico-fisico svizzero Richard Ernst perfezionò nella risonanza magnetica nucleare ad alta risoluzione; attraverso questa metodica era possibile, ad esempio, identificare un atomo molto raro all’interno di un campione di grandi dimensioni.

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Primi tentativi su tessuti animali

La contemporanea evoluzione dell’informatica facilitava enormemente i complessi calcoli necessari alla generazione di immagini, ma tre passi furono particolarmente decisivi in tal senso. Nel 1971 l’ingegnere britannico Godfrey N. Hounsfield sviluppò la tecnica della tomografia computerizzata, i cui principi fondamentali sono alla base di tutti i più attuali sistemi diagnostici di rilevazioni di immagini. Il secondo passo fu la teorizzazione della risonanza magnetica nucleare come metodo di diagnosi clinica, proposta già nel 1959 da J.R. Singer, e il terzo la messa a punto di un metodo pratico per ottenere le immagini. Nel 1969 il fisico statunitense Raymond Damadian si dedicò alla rilevazione dei primi segni di cancro in un essere umano mediante la risonanza magnetica nucleare: ma riuscì solo a provare che l’indagine, applicata su cellule tumorali estirpate da un topo, dava risultati diversi da quelli su cellule di un tessuto sano.

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Le prime immagini

Il chimico statunitense Paul C. Lauterbur, che negli anni Settanta era a capo della compagnia NMR Specialties di Pittsburgh, concluse che la tecnica di Damadian non dava informazioni sufficienti per la diagnosi dei tumori; la sua idea innovativa fu quella di creare, nel 1971, un “gradiente di campo magnetico”, sottoponendo al campo magnetico statico del tessuto biologico un secondo campo magnetico, più debole, capace di variare in modo controllato; in tal modo, poteva identificare l’esatta localizzazione di un determinato segnale di risonanza magnetica all’interno di un campione in esame. La pubblicazione dei dati di Lauterbur, nel 1972, fu accompagnata finalmente da un’immagine del campione usato negli esperimenti: due tubi di vetro immersi in una fiala d’acqua. Il biofisico britannico Peter Mansfield sviluppò nel 1976 un tipo di risonanza magnetica nucleare detta ecoplanare, capace di esplorare l’intero encefalo in millesimi di secondo. A lui si deve anche la prima immagine di una parte del corpo umano in vivo, ottenuta nel 1976: un dito, di cui si potevano osservare scheletro, muscolatura e sistema nervoso. Nel 1977 fu la volta di un torace umano.

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MRI e risonanza magnetica funzionale

Agli inizi degli anni Ottanta si abbandonò il termine “nucleare”, che si riteneva avesse connotazioni negative, e si preferì parlare di risonanza magnetica per immagini, o MRI (Magnetic Resonance Imaging). Le tecnologie digitali ad alta velocità e l’uso di superconduttori permisero la progettazione di macchinari per MRI più grandi e con una risoluzione immensamente migliore. Tra la fine degli anni Ottanta e gli inizi dei Novanta un ulteriore passo in avanti fu la risonanza magnetica funzionale, con la quale è possibile studiare la funzione di un organo, e quindi non solo valutarne l’anatomia strutturale. Alla sua realizzazione contribuirono le ricerche di George Radda, Seiji Ogawa e John W. Belliveau.

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Tecnica della risonanza magnetica

Il principio della risonanza magnetica è applicabile al corpo umano, in quanto esso è costituito da un gran numero di piccoli magneti biologici, il più abbondante dei quali è il protone o nucleo dell'atomo di idrogeno. La risonanza magnetica di un tessuto viene ottenuta seguendo tre stadi fondamentali. Dapprima il tessuto da analizzare viene immerso in un campo magnetico statico (30.000 volte più intenso del campo magnetico terrestre) che agisce sui nuclei atomici, determinando una condizione di 'stato stazionario', caratterizzata da una magnetizzazione non nulla. In secondo luogo si applica un campo magnetico periodico oscillante a una determinata radiofrequenza (frequenza di risonanza) che 'eccita' i nuclei e orienta i momenti magnetici secondo una direzione stabilita. In terzo luogo si interrompe il campo oscillante e i momenti magnetici si orientano in modo casuale, emettendo l'energia precedentemente assorbita sotto forma di un segnale che viene captato da una particolare antenna. Questo segnale serve come base per la costruzione delle immagini interne del corpo.

Prima dell’esecuzione della risonanza, si verifica che il paziente non possieda pacemaker, protesi interne o clip metalliche interne applicate in precedenti interventi chirurgici, allo scopo di scongiurare possibili danni dovuti all’interazione tra i metalli e il campo magnetico. L’esame vero e proprio dura circa mezz’ora, e può essere preceduto dalla somministrazione per endovena di un mezzo di contrasto. Sul corpo del paziente possono essere applicate delle “bobine di superficie”, in forma di fasce o placche; quindi, il paziente viene introdotto interamente nel tunnel al centro dello strumento per essere sottoposto al campo magnetico. Le immagini degli organi compaiono su uno schermo e vengono quindi stampate su lastre di tipo radiografico.

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Applicazioni della risonanza magnetica

La risonanza magnetica fornisce, in maniera non invasiva, immagini di sezioni di qualsiasi parte del corpo, tagliate nelle tre direzioni dello spazio, permettendo dunque di ricavare una sorta di immagine tridimensionale dell’organo esaminato. Questa tecnica assume pertanto un enorme valore in ambito diagnostico e nel follow-up (cioè, nel costante monitoraggio) di pazienti sottoposti a particolari trattamenti. La richiesta da parte del medico di una risonanza magnetica non avviene necessariamente in presenza di condizioni patologiche, come ad esempio infarto cerebrale o tumori, ma può avvenire anche in pazienti sani, nell’ambito di controlli di prevenzione, qualora sia necessario ricavare immagini di particolari organi non altrettanto osservabili con altri metodi radiologici.

La risonanza magnetica è efficace soprattutto nella visualizzazione dell’encefalo, di organi addominali, di grandi vasi sanguigni e dello scheletro (particolarmente la colonna vertebrale).

Le immagini prodotte hanno la stessa risoluzione anatomica e un miglior contrasto rispetto alle immagini ottenute con la tomografia computerizzata, mentre rispetto alla tomografia a emissione di positroni (PET) hanno un maggiore dettaglio anatomico.