Tra le sequenze più utilizzate troviamo sicuramente quelle che originano dalle sequenze Spin Echo (SE) che hanno la caratteristica di compensare gli effetti di disomogeneità di B0.
Dopo l’applicazione di un impulso a 90° (comunemente denominato α), che ha il compito di ribaltare la magnetizzazione netta M sul piano trasversale, si ha una conseguente e progressiva perdita di fase della magnetizzazione e per compensare questo sfasamento si applica un secondo impulso a 180°: la magnetizzazione trasversale nel tornare progressivamente in fase genera un segnale detto eco (di qui il nome di tale tipo di sequenza). Tali impulsi a 180°, detti di riflesso o fuoco, generano un numero di echi eguali al numero degli impulsi successivi all’impulso d’eccitazione (ovvero posso avere un solo impulso d’eccitazione e più successivi impulsi di riflesso).
Figura 4.1. applicazione di un impulso di riflesso in una Spin Echo. Al temine del primo impulso d’eccitazione che ha il compito di ribaltare il vettore magnetizzazione netta M di 90° e quindi di portarlo sul piano XY (a),
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a cui segue una progressiva perdita di coerenza (b, c). Dopo l’applicazione dell’impulso di riflesso (180°) viene ribaltata la fase degli spin che convergeranno tutti dopo un tempo TE.
Lo svantaggio principale di questa sequenza è che i tempi di scansione possono divenire lunghi perché per avere il massimo del segnale bisogna aspettare che M si inizi il moto di precessione a ritroso, dopo l’applicazione dell’impulso, prima di ripetere la sequenza. Per la formazione dell’immagine, che prevede il metodo di Fourier, ampiamente descritto nel capitolo 2, è necessario usare tre gradienti: Gz per la selezione della slice, Gy per la codifica in in fase e Gx per la codifica frequenza, come mostrato in figura 4.2.
Figura 4.2. Diagramma temporale di una sequenza Spin Echo con un solo eco.
Nelle sequenze il tempo di ripetizione TR viene definito come il tempo che intercorre tra due impulsi d’eccitazione successivi (impulsi α) per una singola slice. In queste sequenze il tempo TE è il tempo che intercorre tra l’impulso d’eccitazione ed il massimo segnale in ampiezza di eco rilevato. In generale nelle applicazioni cliniche in cui TE/2 << TR l’intensità del segnale misurato S sarà proporzionale a:
𝑆 ∝ 𝜌 ∙ (1 − 𝑒−𝑇𝑅𝑇1) ∙ 𝑒− 𝑇𝐸
𝑇2 (4.1)
In una Spin Echo multi slice vengono acquisite più slice di tessuto all’interno di un unico periodo di tempo TR.
Le sequenze spin echo vengono generalmente divise in:
- Standard single echo T1 pesate (TR < 700 ms; TE < 30 ms)
88 - Echo train Spin Echo
Per la standard single echo viene utilizzata una singola coppia d’impulsi eccitazione-fuoco, per ogni ciclo di slice. Ogni singolo eco all’interno della scansione viene acquisito al TE selezionato e ad esso corrisponde un diverso valore di Gy. Conseguentemente le differenze d’intensità del segnale nei dati grezzi acquisiti ad ogni TE sono dovute esclusivamente al diverso valore di Gy all’istante d’acquisizione.
La standard multi echo applica invece diversi impulsi a 180° di riflesso (refocus) dopo un solo impulso d’eccitazione. Ogni impulso di refocus produce un eco, ognuno ad un TE diverso, definito dall’operatore tramite la consolle. Anche in questo caso le differenze d’intensità del segnale nei dati grezzi acquisiti ad ogni TE sono dovute esclusivamente al diverso valore di Gy all’istante d’acquisizione, mentre le differenze d’intensità dei tessuti registrate tra un eco TE1 e il successivo TE2 sono dovute al tempo di rilassamento T2.
Questo tipo di sequenze sono utilizzate per produrre sequenze dette pesate in densità protonica caratterizzate da un TE < 30 ms. Se il TE è > 80 ms avremo invece una sequenza spin echo pesata in T2, mentre il TR è scelto tale da permettere il totale rilassamento (T1)
di tutti i tessuti (di solito 2000 ms o più per pesatura in densità protonica).
La Echo Train Spin Echo, meglio nota come ETSE è come una spin echo ma consente un’acquisizione rapida, il cui diagramma temporale è riportato in figura 4.3.
Figura 4.3. Diagramma temporale di una sequenza ETSE.
Questa tipologia di sequenza è molto simile alle standard multi echo ma qui ogni segnale di eco è acquisito ad un diverso livello di Gy e TE. L’immagine viene prodotta acquisendo alcuni o tutti gli echi misurati e disponibili, come precedentemente definito dalla
89 progettazione della sequenza. A tal proposito viene definito un parametro, noto come echo train lenght o turbo factor corrispondente al numero di echi necessari per creare un immagine. Per il riempimento del k spazio viene utilizzato un metodo di riempimento veloce che consente l’abbattimento dei tempi necessari per l’elaborazione senza una sostanziale perdita delle caratteristiche e di conseguenza qualità dell’immagine. Infatti il maggior vantaggio di questa tecnica di scansione è che il processo di collezione dei dati è più efficiente e il tempo totale di scansione è ridotto come è possibile dedurre dalla seguente equazione 4.2 :
𝑇𝐸𝑀𝑃𝑂 𝐷𝐼 𝑆𝐶𝐴𝑁𝑆𝐼𝑂𝑁𝐸𝐸𝑇𝑆𝐸 = 𝑇𝑅 ∙ 𝑁𝑆𝐴∙ 𝑁𝑦/𝐸𝑐ℎ𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛 𝑙𝑒𝑛𝑔ℎ𝑡 (4.2)
Dove NSA è il numero totale dei segnali raccolti per la successiva elaborazione. Il contrasto
delle immagini ottenute con queste sequenze è determinato in primo luogo dagli echi presi per valori di Gy pari a zero o prossimi ad esso, e i corrispondenti TE di questi echi. L’uso di Te diversi per la formazione di una sola immagine rende le sequenze ETSE inappropriate allo svolgimento di tutti quegli esami per cui minime differenze in T2 tra i tessuti sono responsabili del contenuto in contrasto dell’immagine. Anche se le sequenza ETSE possono essere usate per produrre immagini pesate in T1 il loro più ampio impiego è per la produzione di immagini T2 pesate. Ciò è più che altro dovuto all’abbattimento dei tempi di scansione dovuto alla scelta di TR lunghi quando vengono usate echo train lenghts moderate. Valori di echo trains lenght inferiori a 10 sono tipici di scansioni relative al cervello e spina dorsale, mentre scansioni molto lunghe (che raggiungono o superano 100) possono essere utilizzate per la produzione di immagini addominali, e se T2 pesate si ha la produzione dell’immagine in meno di un secondo. Nelle ETSE ultra veloci (Ultra Fast ETSE) si raggiungono tempi di scansioni tali da congelare i movimenti viscerali tipici dell’organismo in esame, in modo da produrre ottimi contrasti tra i tessuti per immagini T2 pesate.