• birdcage coil
• campi mangnetici RF
• SAR

La risonanza magnetica per immagini (MRI) è una tecnica tomografica che permette di ottenere immagini ad elevato contrasto, a partire dalla misura del campo a radiofrequenza (RF) prodotto dai momenti magnetici dei nuclei di idrogeno presenti in un campione, durante la loro precessione dovuta all'applicazione di impulsi RF sovrapposti ad un campo magnetico statico. Gli impulsi RF, oltre ad indurre la generazione dei segnali necessari per la ricostruzione delle immagini del campione, interagiscono con le cariche libere e le molecole polari presenti nei tessuti biologici determinando dissipazioni di potenza che, una volta convertite in calore, possono dar luogo ad effetti dannosi per la salute umana.
Esistono normative che fissano dei limiti di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche e che in generale sono rispettati dagli apparati di risonanza magnetica.
Nel caso di pazienti con dispositivi impiantati, come pacemaker e defibrillatori cardiaci, sorgono però dei problemi a causa dell'accoppiamento dei campi RF con i conduttori metallici che costituiscono l'impianto. Quest' accoppiamento determina infatti incrementi di temperatura in corrispondenza del dispositivo impiantato e quindi la presenza di riscaldamenti locali, cioè di hot spot.
Il SAR (Specific Absorption Rate) è la grandezza dosimetrica utilizzata per quantificare la dose di potenza assorbita da un campione esposto a radiazioni elettromagnetiche, come quelle RF. Negli ultimi anni, infatti, soprattutto in seguito alla diffusione dei telefonini, particolare attenzione è stata rivolta agli effetti delle radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti.
Nell'ambito clinico, l'avvento dei tomografi per risonanza magnetica ad alto campo (>3T) ha spinto l'analisi dosimetrica verso lo sviluppo di metodi per la misura degli effetti prodotti dal campo magnetico statico, dai campi variabili dei gradienti di localizzazione spaziale e soprattutto dai campi a radiofrequenza utilizzati per lo spostamento della magnetizzazione. Numerosi studi hanno dimostrato che non è possibile trascurare il riscaldamento indotto dalla radiofrequenza durante un esame di risonanza magnetica, in particolare su soggetti portatori di dispositivi impiantabili.
D'altra parte, è recente anche l'interesse per lo sviluppo di sistemi di misura del SAR nei tomografi a basso campo (0.2T), soprattutto da parte delle aziende produttrici, come l'Esaote Biomedica s.p.a., che da tempo collabora con il laboratorio ITENI dell'Istituto di Fisiologia Clinica del CNR di Pisa, presso il quale è stata svolta l'attività di tesi.
In questo ambito esistono pochi riferimenti in letteratura per cui l'obiettivo di questo lavoro di tesi é stato la realizzazione di un apparato sperimentale per misure di temperatura, e quindi di SAR, su un fantoccio con proprietà termiche ed elettriche assimilabili a quelle medie di diversi tessuti biologici, sottoposto ad irradiazione RF a bassa frequenza (8MHz).
Nei primi due capitoli della tesi viene data una descrizione generale dei principi fisici che sono alla base della risonanza magnetica (MR) e una descrizione delle diverse componenti hardware che costituiscono un generico sistema MR.
Nel capitolo 3 vengono descritte le bobine utilizzate per la trasmissione degli impulsi RF con particolare riguardo alla birdcage. La realizzazione del sistema di misura ha previsto infatti la costruzione di una birdcage di tipo low-pass risonante alla frequenza di circa 8MHz per la trasmissione di impulsi RF. Quindi, dopo aver descritto i parametri necessari per la caratterizzazione di una generica bobina RF, è stato preso in considerazione il problema del tuning e del matching della birdcage.
Nel capitolo 4 viene data la definizione del SAR e una breve descrizione dei diversi metodi possibili di misura, con particolare attenzione ai metodi di dosimetria sperimentale, in quanto il sistema di misura realizzato per il lavoro di tesi rientra in questa categoria.
Nel capitolo 5 viene riportato lo schema dell'apparato sperimentale con la descrizione dei vari componenti, ovvero il generatore, l'amplificatore, la birdcage con il fantoccio e la sonda di temperatura. In particolare vengono descritte in dettaglio le fasi relative alla caratterizzazione della birdcage, alla realizzazione del circuito di matching e alla preparazione del fantoccio.
Nel capitolo 6 infine vengono riportate le misure di temperatura necessarie per il calcolo del SAR, effettuate utilizzando la sonda ed uno stent in NITINOL per simulare la presenza di un impianto metallico all'interno del campione.