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La Risonanza Magnetica Nucleare(Nuclear Magnetic Resonance – NMR) è il fenomeno su cui si basa una delle più importanti tecniche di Imaging per applicazioni mediche (Magnetic Resonance Imaging -MRI).
L’MRI è una tecnica di diagnostica relativamente recente, utilizzata in Italia a partire dagli anni ’80, nata come metodica spettrometrica sfruttata dai biochimici; vent’anni fa è stata applicata in campo diagnostico, prevalentemente nel settore neurologico, per indagare sulle patologie dell’encefalo e del midollo spinale; in seguito la sua applicazione si è estesa a tutte le sedi anatomiche e alle diverse patologie.
Il suo sviluppo è dovuto al fatto che è uno strumento non invasivo, né dal punto di vista dell’energia che utilizza, né dal punto di vista dell’esecuzione dell’esame.
Le immagini che si ottengono con questa tecnica sono molto dettagliate non solo sul piano trasversale del corpo (come avviene per la TAC), ma anche su sezioni posizionate su qualunque piano, e sono essenzialmente delle mappe rappresentative della distribuzione dei nuclei di idrogeno più fortemente presente nel corpo umano, sia sotto forma di acqua, che legato chimicamente a formare proteine, grassi, zuccheri. Questi nuclei, immersi in un campo magnetico statico sufficientemente elevato, vengono perturbati da onde elettromagnetiche della gamma delle radiofrequenze (RF) ed emettono, a loro volta, un segnale dello stesso tipo.
Tale processo di perturbazione dei nuclei e la conseguente acquisizione del segnale emesso, effettuati mediante l’impiego di bobine RF, sono due operazioni molto importanti per la bontà del processo di acquisizione.
Quando una bobina RF è utilizzata in trasmissione, deve essere in grado di produrre un campo magnetico omogeneo nel volume di interesse alla frequenza di Larmor, così che i nuclei possano essere eccitati uniformemente. Invece, quando una bobina RF è utilizzata in ricezione, deve avere un elevato rapporto segnale-rumore (SNR).
Solitamente, per ottenere immagini ad alta qualità vengono utilizzate due bobine: una per la trasmissione, tipicamente una birdcage coil, e una per la ricezione in genere una surface coil, posizionabile molto vicino alla regione di interesse che ha la caratteristica di avere un piccolo campo di vista (Field of View - FOV).
Le birdcage coil sono bobine di volume costituite da fili conduttori verticali connessi fra loro da due spire circolari ed hanno la caratteristica di introdurre un alto rapporto segnale-rumore, in ricezione, e di generare un campo a RF altamente omogeneo su un ampio volume all’interno della bobina.
In uno scanner MRI possono nascere delle interazioni fra le bobine RF e i restanti componenti, che degraderebbero le prestazioni delle bobine RF e compromette l’omogeneità del campo. Per evitare ciò, spesso viene utilizzato uno schermo RF, che circonda la birdcage coil, il quale però ha un effetto non trascurabile sulla frequenza di risonanza e sulla distribuzione del campo magnetico. Inoltre per evitare la riduzione dell’omogeneità del campo magnetico da parte degli end-rings (spire circolari che collegano i conduttori verticali della bobina) vengono poste ad una delle due estremità della bobina della lamine conduttrici, dette end-caps.
Il presente lavoro di tesi è finalizzato allo studio numerico dell’influenza di uno schermo RF e di un end-cap applicati alle birdcage coils. Infatti viene esaminato l’effetto di entrambi, al variare della loro geometria, sia sull’omogeneità che sull’intensità del campo magnetico.