Buongiorno.

Lei scrive:

"Essendo quelli rilevabili fenomeni atomici, ben più piccoli di quelli micrometrici assonali, per quale motivo nelle immagini acquisite non vengono evidenziate le singole cellule ma si ha sempre un voxel di sala millimetrica? Quale è il limite tecnico/ingegneristico che impone tale definizione?"

Il fatto è che, mentre il fenomeno che genera il segnale è di fatto un fenomeno atomico, la tecnica utilizzata per localizzare nello spazio il voxel è basata su gradienti di campo magnetico spaziali.

Di fatto, la frequenza di risonanza degli atomi di interesse (normalmente di idrogeno), dipende dall'intensità del campo magnetico statico in cui sono immersi. Visto che l'energia è fornita al sistema sotto esame sotto forma di segnale in radiofrequenza (che è appunto quella di risonanza del sistema), il sistema assorbe energia e si porta ad un livello di energia superiore, instabile. Da qui torna all'equilibrio rilasciando nuovamente energia (sempre sotto forma di radiofrequenza) con tempi caratteristici dei singoli tessuti.

Per distinguere però il segnale proveniente da una zona di coordinate, per esempio (x1, y1,z1), da quello proveniente da una zona di coordinate (x2, y2, z2), è necessario che le due frequenze siano lievemente diverse. Ciò si ottiene imponendo che il campo magnetico statico sia differente da punto a punto (con i cosiddetti campi di gradiente), in modo che nel segnale di radiofrequenza rilevato sia identificabile il contributo delle singole posizioni spaziali. Ciò si ottiene con l'antitrasformata di Fourier del segnale rilevato. Si fa in modo quindi che la regione di sazio di interesse sia suddivisa in "cubetti" (i voxel) che si trovano immersi in un campo magnetico diverso per ciascuno, in modo tale che la loro frequenza di risonanza sia caratteristica di ciascuno e quindi l'intensità del segnale rilevato sia attribuibile al voxel giusto.

Quindi la risoluzione spaziale limite dipende di fatto sia dalla "pendenza massima" del gradiente di campo che si può imporre (più è ripido, più potrò differenziare maglio posizioni vicine), sia dalle caratteristiche dell'elettronica di ricezione ed elaborazione del segnale (frequenze vicine devono poter essere identificate e differenziate), ma ciò non è migliorabile a piacimento.

Infatti questi gradienti di campo devono poter essere accesi e spenti molto velocemente. Questa è una ulteriore difficoltà tecnologica, che va di pari passo però col fatto che variazioni veloci nel tempo di campi magnetici possono indurre nel corpo del paziente correnti indotte e stimolare il sistema nervoso. Questi effetti vanno limitati, ovviamente.

Inoltre più il voxel è piccolo, più il segnale è basso. Aggiungiamo, poi, che la stessa presenza del paziente, con i suoi tessuti, distorce localmente il campo magnetico punto per punto. Bisogna quindi che le differenze spaziali che vogliamo visualizzare siano ottenute con differenze di campo superiori a quelle determinate dalla differente suscettività magnetica dei tessuti sotto esame, pena la generazione di immagini spurie affette da artefatti (il problema degli artefatti è comunque molto influente in Risonanza Magnetica per alcune sequenze di acquisizione).

In sostanza, come sempre, le soluzioni tecnologiche oggi utilizzate sugli apparecchi di risonanza magnetica sono il frutto di numerosi compromessi, per quanto la ricerca cerchi (e trovi) sempre nuove soluzioni per risolverli!

La saluto cordialmente e la invito a rivolgersi ancora al nostro forum per eventuali chiarimenti o approfondimenti.

Dott.ssa Sabina Strocchi

Servizio di Fisica Sanitaria

ASST dei Sette Laghi - Varese