• magnetic resonance imaging
• phased-array
• signal-to-noise ratio

La tecnica di Imaging che sfrutta il fenomeno della Risonanza Magnetica si è dimostrata una delle più valide metodologie di indagine clinica degli ultimi decenni, grazie alla sua alta risoluzione spaziale e temporale che permette un’ indagine morfologica, funzionale e patologica del corpo umano in breve tempo e dettagliatamente e grazie al fatto di essere non invasiva e utilizzare radiazioni non ionizzanti, caratteristiche che permettono un utilizzo in sicurezza per il paziente.
Per tali motivi si è avuto un interesse crescente verso tale metodica e conseguentemente uno sviluppo nelle tecniche di acquisizione di immagini, sempre più precise e corrispondenti alle esigenze di analisi clinica. Sotto questo aspetto va ad inserirsi lo studio di bobine di ricezione phased-array, composte da più unità in parallelo tra loro, che permettono di ottenere un alto rapporto segnale-rumore unitamente ad un ampio campo di vista. L’ utilizzo di bobine phased-array fa sorgere, però, il problema del disaccoppiamento geometrico ed elettrico tra le bobine, necessario per ottenere tante immagini indipendenti e contemporanee quante sono le bobine che compongono l’ array e, fatto questo, come ricostruire l’ immagine globale partendo dalle n immagini date dalle singole bobine.
In particolare, nella prima parte del presente lavoro di tesi viene proposto un metodo per disaccoppiare elettricamente le bobine, che impiega un sistema con preamplificatori a bassa impedenza di ingresso. Per quanto riguarda, invece, il problema del disaccoppiamento geometrico, necessario per la minimizzazione dell’ induttanza mutua tra le spire che compongono l’ array, è stato analizzato un metodo che garantisce l’ ottenimento di tale caratteristica mediante parziale sovrapposizione delle bobine.
Nella seconda parte del presente lavoro di tesi vengono analizzati gli algoritmi per la ricostruzione di immagini ottenute con bobine phased-array con l’ obiettivo di massimizzare il rapporto segnale- rumore (SNR). Alla base di questa massimizzazione c’ è la conoscenza della mappa di campo RF di ogni bobina, conoscenza difficile da ottenere per bobine phased-array flessibili e sensibili all’ effetto del carico. Per questo motivo vengono implementati due algoritmi: uno che permette di ottenere l’ immagine finale dalla stima delle mappe di campo RF di ogni singola bobina utilizzando filtraggi di smoothing e di Hanning, l’ altro che ottiene l’ immagine globale a prescindere da tale conoscenza. Questi algoritmi sono poi stati utilizzati ed ottimizzati sia su dati simulati che su immagini anatomiche RM.
Nel capitolo I vengono descritti i principi fisici e l’ hardware di uno scanner di Risonanza Magnetica con particolare attenzione alle bobine di tipo phased-array ed alla metodica di disaccoppiamento geometrico ed elettrico.
Nel capitolo II si analizzano teoricamente gli algoritmi di massimizzazione del rapporto segnale-rumore, somma dei quadrati (SoS), SoS equalizzata, stima del campo con finestra di smoothing e di Hanning, allineamento di fase e ricostruzione adattiva, mettendo in risalto le diverse peculiarità.
Nel capitolo III viene simulata una bobina phased-array con la creazione di un immagine che riproduce quella di un “ fantoccio” , con un campo RF, ottenuto grazie ad un simulatore di campo, e rumore di tipo gaussiano. A tale immagine vengono applicati due degli algoritmi: la somma dei quadrati, anche con l’ equalizzazione del rumore e la stima di campo con smoothing e Hanning, trovandone una validazione sperimentale al loro utilizzo.
Nel capitolo IV le due metodiche vengono testate direttamente su immagini NMR messe a disposizione dalla Esaote Biomedica s.p.a. di Genova.