• spirali risonanti (spiral resonator)
• disaccoppiamento (decoupling)
• array
• risonanza magnetica (magnetic resonance)
• bobine MRI (MRI coils)

L’imaging di risonanza magnetica (MRI) è una tecnica largamente usata nella diagnosi medica per ottenere dettagli anatomici del corpo umano in maniera non-invasiva e priva di dannose radiazioni ionizzanti, tipiche, invece, della Tomografia Assiale Computerizzata (TAC). Inoltre, la tecnica viene anche sfruttata per ottenere informazioni di spettroscopia chimica molto accurate.
Da un punto di vista fisico, la tecnica si basa sulla sovrapposizione di un campo magnetico statico – detto B_0 – e di un campo magnetico a radiofrequenza (indicato comunemente come B_1) il cui scopo è quello di eccitare opportunamente gli atomi oggetto dello studio, passo fondamentale per l’acquisizione dell’informazione (anatomica e/o funzionale).
Nonostante nella pratica clinica scanner di risonanza magnetica (RM) operanti con campi magnetici statici B_0 da 1.5 T o 3 T sono tuttora molto diffusi, è ampiamente noto che, aumentando l’intensità del campo statico il rapporto segnale-rumore (SNR) migliora significativamente. Inoltre, si possono ottenere immagini a più alta risoluzione e miglior contrasto tra tessuti umani.
Eppure, si presentano importanti problematiche fisiche al crescere del B_0. In particolare, come verrà ampiamente discusso nel seguito di questa tesi, la frequenza di eccitazione degli atomi chimici in studio (detta frequenza di Larmor) cresce in modo lineare con il campo statico B_0. La maggiore frequenza di lavoro si traduce, conseguentemente, in una lunghezza d’onda λ associata con il campo a radio-frequenza B_1 molto più corta, nell’ordine delle dimensioni delle stesse bobine a radiofrequenza e di alcuni distretti anatomici. Ad esempio, un cervello umano ha una dimensione caratteristica di circa 20 cm contro una lunghezza d’onda λ pari a 12 cm per uno scanner a 7 T (che corrisponde ad una frequenza di lavoro di circa 300 MHz). La conseguenza principale di ciò è che la distribuzione del campo a radiofrequenza è più soggetta a interferenze costruttive o distruttive (maggiori disomogeneità) che sono visibili nelle immagini RM finali come punti di segnale chiaro e scuro, che degradano la qualità dell’informazione acquisita.
Questi effetti non consentono l’utilizzo di scanners aventi campi magnetici più elevati ( ≥7 T ) per le diagnosi cliniche di routine.
Allo scopo di migliorare le problematiche di omogeneità del campo magnetico a radiofrequenza al crescere di B_0, è stato introdotto un approccio noto come trasmissione in parallelo. Invece di connettere ad un'unica alimentazione in ingresso tutte le bobine a radio-frequenza (RF), cosa che viene comunemente fatta con campi magnetici più bassi, le varie bobine RF che costituiscono il sistema di eccitazione hanno ciascuna una propria alimentazione in ingresso. Questo implica che alimentazioni RF distinte in ampiezza e fase possono essere selezionate separatamente. Sfruttando la ricombinazione dei vari segnali RF, si riesce a generare distribuzioni di campo B_1 più ampie ed omogenee.
In questo lavoro di tesi si è posta particolare attenzione all’analisi ed alla progettazione delle bobine RF presenti in un array in quanto sono un componente chiave nei sistemi MRI, deputate, come detto, alla generazione del campo di eccitazione B_1. Per ottenere immagini ad alta qualità esse devono essere in grado di fornire ampi campi di vista (FOV) con alta omogeneità del campo magnetico RF in fase di trasmissione (ossia durante l’eccitazione) ed alti valori di SNR in fase di ricezione del segnale.
Data l’elevata densità spaziale delle bobine RF all’interno di un array, la problematica più comune ed importante nella loro progettazione è l’accoppiamento induttivo mutuo tra i vari elementi che peggiora l’SNR e la qualità delle immagini.
Pertanto, in questo lavoro, si è affrontato il problema della riduzione dell’accoppiamento mutuo tra gli elementi di un array per MRI; sulla base di un metodo analitico per la stima della mutua induttanza tra due loops dell’array, si è progettata una configurazione di filtro distribuito composto da risuonatori a spirale (SRs) opportunamente introdotti nell’array allo scopo di minimizzare il termine legato all’accoppiamento induttivo. Al fine di validare il metodo analitico di progettazione, è stato scelto un caso di studio molto comune, costituito da un array planare di bobine RF per l’imaging anatomico a 7 T. Dimensionato analiticamente il filtro, simulazioni numeriche full-wave (CST Microwave Studio®) sono state eseguite per raffinare il design e, infine, misure condotte su di un prototipo realizzato tramite tecnologia PCB hanno confermato l’efficacia dell’approccio.