INTRODUZIONE
L’obiettivo di questo studio è di mettere in risalto i principali vantaggi che la risonanza magnetica offre, come tecnica di indagine medica per l’acquisizione di immagini dinamiche inerenti al sistema cardiovascolare, attraverso l’ausilio del metodo Unfold, che permette di ottenere eccellenti risultati servendosi di tecniche di trasformazione, filtraggi, ricezioni e domini di lavoro (vedi k-spazio) particolari analizzati in dettaglio nel corso di questo elaborato.
Si parte da una presentazione rapida di informazioni generali inerenti alla risonanza magnetica, soffermandosi in modo particolare su alcuni aspetti quali quello della generazione del contrasto nelle immagini e della localizzazione spaziale del segnale emesso indispensabili per una comprensione adeguata di argomenti trattati successivamente. Durante tale trattazione ci si definiranno alcuni parametri come tempo di eco, tempi di rilassamento longitudinale e trasversale, impulsi a RF e gradienti di campo frequentemente menzionati in seguito. Si daranno quindi brevi cenni introduttivi sul k-spazio, rimandando per ulteriori chiarimenti al terzo capitolo dove si presenterà un approccio matematico di esso.
Analizzeremo nel secondo capitolo le varie problematiche relative all’applicazione della risonanza magnetica ad un organo così peculiare quale è il cuore.
Dopo aver data una visione generale del suo funzionamento si tratteranno problematiche relative al suo movimento, proponendo tecniche di sincronizzazione con l’onda R dell’ECG, si contrasterà la presenza del respiro che tende a produrre artefatti sulle immagini con acquisizioni in apnea, si parlerà dell’uso di alcuni farmaci da assumere prima di sostenere l’esame di risonanza magnetica, per minimizzare particolari forme di aritmie che affliggono alcuni pazienti e, infine, si menzioneranno strategie da seguire nell’acquisizione delle immagini oltre alla descrizione di sequenze tipiche della risonanza cardiaca.
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Si passerà successivamente, nel terzo capitolo, alla descrizione dello spazio sul quale verranno effettuate le nostre indagini. La gestione di problematiche riguardanti la qualità dell’immagine e la riduzione dei tempi di acquisizione, possono essere affrontati con maggior flessibilità lavorando più che sull’immagine di partenza sulla sua trasformata contenuta in un ambiente particolare definito k- spazio. Verranno esposte tecniche particolari per la gestione del suo contenuto informativo, proponendo alcune strategie di lettura tra le quali l’acquisizione interallacciata dell’immagine, il Parallel Imaging, i metodi EPI, Spiral, Sense e in particolare l’Unfold. Quest’ultimo metodo propone un iter da seguire per la soppressione dell’aliasing spaziale generata da varie forme di sottocampionamento lineare e non, per mezzo di shift, da un frame all’altro, corrispondenti nel dominio spaziale a moltiplicazioni dei punti sovrapposti con andamenti esponenziali caratterizzati da fasi diverse per la differenziazione dei contenuti grazie anche all’uso di filtraggi appropriati che consentono di estrapolare ciò che rappresenta il risultato desiderato.
Nel quarto capitolo, rappresentante della parte implementativa di questo studio, si affronteranno varie prove di sottocampionamento sul modello in asse corto del cuore, creato per testare il metodo Unfold. La fase del sottocampionamento, ovviamente sarà la più delicata al fine di ridurre i tempi di acquisizione per rendere l’ottenimento dei risultati desiderati più breve possibile, pur mantenendo l’obiettivo fisso di generare immagini con un livello elevato di qualità. La base teorica sulla quale si baseranno le esperienze in seguito condotte, presuppone che il contenuto informativo di una immagine di risonanza magnetica sia, nel k-spazio, quasi interamente memorizzato nella parte centrale di esso. Pertanto dopo aver eseguito un primo sottocampionamento di due, si passerà ad un sottocampionamento solo nella parte centrale del k-spazio, riducendo progressivamente il numero di linee analizzate sia della parte centrale che esterna, fino a individuare il tetto a partire dal quale le immagini ottenute perdono nitidezza. Si definirà quindi un buon compromesso tra le linee analizzate e qualità dell’immagine ottenuta, si stimeranno gli errori relativi alle varie prove, si
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sommerà al modello il rumore ricavato da immagini reali, si farà un paragone con le sequenze precedentemente ottenute e infine nel quinto capitolo si riproporranno le migliori forme di sottocampionamento su una sequenza di immagini reali in formato Dicom.
Verranno infine evidenziati i vantaggi temporali ottenuti con un approccio di questo tipo, vantaggi che ci consentiranno di passare da stime temporali dell’ordine di 8-12sec. per una sequenza di trenta frame, al dimezzamento di tali tempi e addirittura ad un’ulteriore riduzione, qualora si effettui un sottocampionamento superiore a due nelle zone periferiche del k-spazio. Questi tempi che apparentemente potrebbero risultare brevi, in realtà rappresentano solo uno step dell’elaborato processo di acquisizione dei dati relativi ad un esame completo di risonanza magnetica cardiovascolare: infatti, in media, occorre per una diagnosi accurata, la gestione di almeno 360 frame temporali per sequenza, con numerosi tempi morti dovuti a successive fasi di breath-hold alle quali il paziente è sottoposto per l’ottenimento di una ricostruzione non affetta da artefatti.
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