Acquisizioni con tecnica MRT

Le immagini, acquisite nel ginocchio, sono state combinate secondo il metodo descritto in Sezione 3.5.3, e le immagini dell’incremento di temperatura indotto da ciascuna sequenza sono riportate in Figura 5.6, dove `e stata evidenziata la ROI su cui sono state fatte le valutazioni quantitative sull’immagine. Da un punto di vista qualitativo le immagini risultano rumorose, e non corrispondono ad una variazione realistica di temperatura indotta dalle sequenze. Inoltre, le ROI utilizzate per la valutazione quantitativa sono state posizionate lontano dalla sonda, in un punto in cui `e presente un sufficiente segnale di acqua, poich`e la regione nei pressi della sonda presenta molto osso, e non `e ottimale per una valutazione quantitativa.

I valori di ∆T misurati tramite la tecnica MRT, per ciascuna sequenza, sono stati ottenuti tramite una media dei valori contenuti nella ROI, e la loro in- certezza `e stata valutata tramite la deviazione standard nella ROI (Tabella 5.4). I valori mostrano che il metodo MRT fallisce la previsione della temperatura, in quanto i valori tra la sonda e le immagini risultano comparabili all’interno dell’incertezza di misura. Non `e stato quindi possibile, con la tecnica MRT, riuscire ad acquisire una mappa di temperatura corrispondente a ciascuna se- quenza, per cui non `e possibile verificare se essa sia, a livello spaziale, correlata con quella del SAR simulata nel modello di ginocchio.

L’acquisizione delle mappe di temperatura tramite la tecnica MRT in realt`a `e stata inficiata da un errore sistematico: durante l’acquisizione, c’`e stato un leggero spostamento del ginocchio, da parte del volontario, tra un’acquisizione e l’altra. Questo spostamento, sia in assiale che in sagittale, `e visualizzabile in Figura 5.7, dove sono state messe a confronto le immagini di intensit`a di segnale relative alla prima e all’ultima acquisizione, rispettivamente a sinistra

Sequenza Sonda Tecnica MRT

µ σ

FIESTA 2◦ _-0.04◦ _0.9◦

IDEAL 1.4◦ _0.02◦ _1.3◦

SE 3.3◦ _8.4◦ _2.7◦

SILENT 0.9◦ _-0.06◦ ₁◦

Tabella 5.4: Valori di ∆T , per ciascuna sequenza considerata, misurati con la sonda e con la tecnica MRT. I valori di media e deviazione standard, per la tecnica MRT, sono riferiti ai valori all’interno delle ROI in Figura 5.6.

(a) ∆T della FIESTA misurato con tec- nica MRT.

(b) ∆T della IDEAL misurato con tecnica MRT.

(c) ∆T della SE misurato con tecnica MRT.

(d) ∆T della SILENT misurato con tec- nica MRT.

Figura 5.6: Mappe dell’incremento di temperatura sul ginocchio umano registrato tramite tecnica MRT, relative alla sequenza FIESTA (5.6a), IDEAL (5.6b), SE (5.6c) e SILENT (5.6d). Le immagini, in entrambi i piani, risultano ru- morose e non corrispondenti ad un incremento realistico di temperatura dovuto all’applicazione di una sequenza RM.

e a destra. Sul piano assiale, il ginocchio, tra la prima e l’ultima acquisizione, risulta leggermente ruotato in senso orario, mentre sul piano sagittale esso risulta rigidamente spostato verso il basso. Uno spostamento di questo genere rapp- resenta un problema per le immagini di ∆T : essendo queste ottenute tramite sottrazioni di fase tra acquisizioni successive, ad un punto spaziale ad una certa acquisizione non corrisponde lo stesso punto nell’acquisizione successiva, per cui la sottrazione delle immagini di fase restituisce un risultato falsato. Per poter effettuare correttamente questa acquisizione, levando l’errore sistematico che potrebbe derivarne dal movimento del ginocchio, `e necessario immobilizzare bene l’arto all’interno della bobina.

(a) Spostamento assiale del ginocchio.

(b) Spostamento sagittale del ginocchio.

Figura 5.7: Spostamento del ginocchio sul piano assiale (in alto) e in sagittale (in basso) avvenuto tra la prima e l’ultima acquisizione. Sul piano assiale si pu`o osservare una rotazione del ginocchio in senso orario, mentre sul piano sagittale si osserva uno spostamento rigido verso il basso.

Capitolo 6

Conclusioni generali e lavori

futuri

In questo lavoro `e stata affrontata la problematica della valutazione del SAR a campi ultra-alti, sopratutto per quanto riguarda la valutazione del SAR lo- cale, che, alle frequenze di risonanza di tali campi, si distribuisce in maniera disomogenea all’interno della zona di interesse. La preoccupazione principale `e quindi di definire un metodo per la previsione del SAR locale, in maniera tale che esso possa essere valutato in base alle indicazioni sulla sicurezza del paziente riportate nei protocolli internazionali.

Per la previsione del SAR, `e stato illustrato un metodo che prevede la com- binazione di mappe elettromagnetiche, simulate in un modello virtuale della regione di interesse, con acquisizioni nello scanner del campo B+

1 nella stessa

regione reale. Tale metodo, per poter essere attuato, necessita la conoscenza in toto di tutte le componenti responsabili dell’acquisizione del segnale RM: la bobina a RF, gli impulsi RF delle sequenze utilizzate e le caratteristiche elettriche e magnetiche della regione di interesse. Note queste informazioni, `e possibile simulare il campo B+1 e il campo E all’interno della regione, e di

conseguenza il SAR. Note le mappe di SAR, i suoi valori di interesse dosimet- rico (SAR globale e SAR mediato su 10 g di tessuto) e il suo valore nell’hot spot, `e possibile ricalcolare il tutto in base ai parametri delle sequenze che si vogliono analizzare, prima dell’esecuzione dell’esame. Infine, per valutare il SAR in maniera soggetto-specifica, `e sufficiente acquisire una mappa di B+

1 nella re-

gione di interesse prima dell’esecuzione dell’esame, e riscalare i valori del SAR per i coefficienti soggetto-specifici (C). Valutato che essi rimangono entro i lim- iti dei protocolli internazionali di riferimento, il paziente pu`o essere esaminato in sicurezza. La correttezza di questo metodo `e stata valutata, dal punto di vista elettromagnetico, verificando che le mappe di B+

1 simulate nel modello di

un fantoccio di agar e le mappe di B+

1 misurate nel fantoccio reale mostrano

la stessa distribuzione spaziale. Tuttavia, non si ha a disposizione un modo sperimentale per verificare che la mappa del SAR sia corretta.

Questo problema `e stato affrontato valutando gli effetti del SAR sulla re- gione in cui esso si trova, ossia l’aumento di temperatura. Per la valutazione dell’incremento di temperatura attraverso le sequenze RM, `e stato per prima cosa definito un Gold Standard, con cui tutte le valutazioni tramite metodi al-

ternativi sono state confrontate. Il Gold Standard qui utilizzato `e stato una sonda termica, inseribile all’interno del fantoccio di agar. Sono stati quindi va- lutati gli incrementi di temperatura causati da alcune sequenze appositamente selezionate per i loro alti livelli di SAR. Tali sequenze sono state applicate, ciascuna per un tempo di 10 minuti, sul fantoccio di agar, e l’incremento di temperatura `e stato misurato tramite la sonda. Nel simulatore, il SAR `e stato importato nel solutore termico, ed applicato sul modello dello stesso fantoccio per lo stesso tempo di applicazione delle sequenze. La sonda `e stata simulata, nel modello di fantoccio, nel punto in cui essa viene inserita nel fantoccio reale, ed `e stata simulata la variazione di temperatura in quel punto indotta. La vari- azione di temperatura ottenuta `e stata ricalcolata sia per i parametri di ciascuna sequenza, sia per il campo B1+acquisito all’interno del fantoccio. I risultati sim-

ulati nel modello di fantoccio e acquisiti tramite sonda termica hanno mostrato un buon accordo tra gli incrementi di temperatura simulati e quelli misurati, tranne che per la sequenza FIESTA, il cui calcolo dell’incremento di temperatura sottostima quello reale. Questa differenza pu`o essere data dalla modellizzazione degli impulsi RF, che non corrispondono esattamente a quelli della sequenza. Nel complesso quindi, avendo una conoscenza puntuale degli impulsi RF delle se- quenze, questo metodo si rivela predittivo anche per la valutazione termica degli effetti del SAR, confermando la correttezza delle simulazioni del SAR stesso.

Un altro aspetto che `e stato valutato `e la possibilit`a di sfruttare tecniche RM per acquisire delle mappe di temperatura, poich`e la sonda termica, per quanto precisa, restituisce un’informazione locale della variazione di temperatura, men- tre l’interesse `e quello di conoscerne la sua distribuzione nel volume considerato, sopratutto in presenza di hot-spot di SAR. Le tecniche studiate sono basate sulla differenza di fase del segnale prima e dopo una variazione di temperatura, legata alla dipendenza della frequenza di risonanza del protone dalla temper- atura. L’acquisizione di una mappa di temperatura risulta infatti di grande in- teresse poich`e, essendo direttamente proporzionale al SAR, pu`o essere utilizzata per la valutazione della distribuzione di quest’ultimo nella regione esaminata. Tuttavia, queste tecniche necessitano della presenza del segnale del grasso, uti- lizzato per sottrarre l’errore sistematico sulle fasi del protone dovuto al drift del campo statico. Nel caso del fantoccio di agar, privo di grasso al suo interno, sono state utilizzate delle reference di olio esterne, che per`o non permettono una mappatura corretta del drift del campo statico a causa dell’alta frequenza di risonanza, come `e stato mostrato nelle misure di validazione effettuate sul raffreddamento del fantoccio di agar. Nel caso invece di un oggetto contenente grasso al suo interno, la correzione del drift del campo statico tramite il segnale del grasso `e ottenuta separando il segnale di quest’ultimo da quello dell’acqua. Rispetto al primo metodo, esso presenta il vantaggio di una mappatura pun- tuale della correzione al drift del campo statico all’interno dell’oggetto stesso. Il metodo, applicato sul raffreddamento di un fantoccio delle stesse dimensioni di quello di agar, ma contenente panna, ha mostrato un’ottima accuratezza di misura, paragonato alle misure della sonda termica. Esso non `e applicabile al fantoccio di agar, ma `e stato valutato per mappare gli incrementi di temperatura indotti dalle sequenze considerate in un caso di studio in-vivo.

Il metodo di previsione del SAR, validato dai risultati elettromagnetici e termici, `e stato applicato ad un caso di interesse clinico, ossia la valutazione del SAR in presenza di protesi. Il metodo `e stato quindi applicato ad un fantoccio di agar contenente al suo interno una protesi metallica di ginocchio, e i risultati

sono stati confrontati con il fantoccio di agar omogeneo. I risultati hanno evi- denziato come, nonostante i valori di SAR globale siano rimasti praticamente gli stessi, e i valori massimi del SAR locale siano aumentati in maniera non signi- ficativa nel fantoccio con protesi, in quest’ultimo i valori del SAR nell’hot spot sono aumentati in maniera esponenziale. Questo metodo ha mostrato quindi come, nella valutazione del SAR in presenza di protesi, a causa delle differenti propriet`a dielettriche della stessa, sia importante tenere conto di aumenti non controllati di temperatura locale nel paziente. La difficolt`a della valutazione a campi ultra-alti `e stata riscontrata nel mappare il campo B1+ intorno alla

protesi, a causa della distorsione che essa causa nel campo statico locale proprio nei punti dove esso dovrebbe, secondo le mappe simulate, essere pi`u intenso. Tale difficolt`a `e tuttavia superata a campi clinici, dove la mappa del B1+ si pu`o

acquisire fino alla superficie della protesi, dove effettivamente si riscontra un au- mento dell’intensit`a del campo B1+. Tale mappa pu`o essere utilizzata, tramite

il metodo illustrato, per una corretta valutazione soggetto-specifica del SAR a campi clinici in presenza di protesi.

Infine, il metodo `e stato utilizzato per la valutazione del SAR in-vivo sul ginocchio di un volontario sano secondo la procedura utilizzata nello studio del fantoccio di agar. I risultati sui valori dosimetrici del SAR hanno mostrato dei valori di SAR globale e di massimo SAR locale perfettamente all’interno dei VLE dei protocolli internazionali, ma con i valori di SAR nell’hot spot un’ordine di grandezza superiore agli altri. Questo `e un risultato atteso, che il metodo di previsione del SAR ha potuto confermare, in quanto la formazione di hot spot `e determinata dall’eterogeneit`a dei tessuti che compongono il ginocchio, e il valore del SAR nell’hot spot pu`o essere anche molto pronunciato, nonostante il valore del SAR globale risulti perfettamente entro i VLE del protocollo CEI. Infine `e stato applicato il metodo di mappatura di ∆T che sfrutta il segnale di grasso nel volume considerato, per provare a mappare l’incremento di temperatura dovuto alle sequenze nel ginocchio del volontario. Per fare questo, il ginocchio `e stato scaldato, in maniera controllata, dalle sequenze di interesse applicate ciascuna per 10 minuti. L’incremento di temperatura `e stato monitorato, per ciascuna sequenza, tramite la sonda applicata sulla cute del ginocchio, vicino alla rotula, e le mappe di ∆T sono state acquisite a cavallo di ogni incremento di temperatura. Tuttavia, la mappatura di ∆T ha dato esito negativo, a causa del movimento del ginocchio da parte del volontario durante le acquisizioni, che ha determinato un errore sistematico nel calcolo delle mappe di temperatura.

In conclusione, il metodo di previsione del SAR tramite combinazione di sim- ulazioni elettromagnetiche e acquisizioni di mappe di B+

1 risulta fin qui validato

dalle acquisizioni elettromagnetiche e termiche condotte. Sar`a di interesse, come lavoro futuro, perfezionare le tecniche MRT a campi ultra-alti per l’acquisizione corretta delle mappe di temperatura nel fantoccio di agar. Qualora si riuscisse ad acquisire tali mappe a cavallo di un incremento di temperatura causato da una sequenza, esse potrebbero essere confrontate con le mappe di temperatura simulabili nel software, per verificare l’accordo tra i risultati sperimentali e le simulazioni, validandone definitivamente i risultati, per ora verificate solo dalla misura locale della sonda termica.

Un altro lavoro futuro sar`a quello di implementare correttamente in-vivo le sequenze MRT basate sulla separazione acqua-grasso. La corretta acquisizione delle mappe di ∆T in-vivo infatti pu`o essere implementata nella pratica clin- ica per la valutazione del SAR a posteriori su un soggetto esaminato, vista

la semplicit`a e la rapidit`a delle sequenze necessarie per tale mappatura. Tale valutazione, fatta a campi clinici, potrebbe essere utile per lo sviluppo di ac- corgimenti utili alla riduzione del SAR locale in un esame RM, e rapidamente verificabili (ed eventualmente perfezionabili) tramite questa semplice metodica.

Ringraziamenti

Si ringrazia l’Istituto Nazionale per l’Assicurazione contro gli Infortuni sul La- voro (INAIL), nella figura del dott. Francesco Campanella, che ha finanziato questo progetto di ricerca tramite il Bando Ricerche in Collaborazione (BRiC INAIL ID 39) dal titolo ”Modello computazionale e predizione quantitativa del SAR indotto dal campo elettromagnetico in Risonanza Magnetica a 7 Tesla in-vivo sull’uomo nello studio del sistema muscolo scheletrico”.

Si ringrazia l’Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) ”Stella Maris” per il supporto tecnico e finanziario nello svolgimento di questa ricerca.

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