La parte pi\u00f9 importante del tomografo RM \u00e8 il magnete produttore di \nun campo magnetico statico, CMS, quanto pi\u00f9 possibile omogeneo e stabile\n nel tempo.<\/p>\n\n\n\n
I magneti maggiormente utilizzati in ambito diagnostico clinico \ngenerano campi di intensit\u00e0 compresa tra 0,2T e 2T 1 tesla= 10^4 (10000 \nGauss) molto pi\u00f9 intensi quindi del campo magnetico terrestre che \u00e8 \ncompreso tra 0,3 e 0,7 Gauss, ossia 0,000003-0,000007 Tesla!<\/p>\n\n\n\n
L\u2019omogeneit\u00e0 di un campo magnetico B \u00e8 valutata in termini di ppm, ossia parti per milione, nel modo seguente:<\/p>\n\n\n\n
In ambito clinico sono sufficienti omogeneit\u00e0 di 100 ppm valutate dentro un volume sferico con un diametro di 25-50 cm.<\/p>\n\n\n\n
Basse omogeneit\u00e0 di campo fanno ridurre il numero di protoni eccitati\n da una certa RF e determinano immagini risultanti di scarsa qualit\u00e0 \n(basso S\/R).<\/p>\n\n\n\n
La stabilit\u00e0 temporale dell\u2019intensit\u00e0 ed omogeneit\u00e0 del campo \nmagnetico statico deve essere garantita soprattutto durante l\u2019esecuzione\n dell\u2019indagine. Essa viene misurata in ppm\/ora. Da una scarsa stabilit\u00e0 \noriginano immagini qualitativamente scarse e poco affidabili.<\/p>\n\n\n\n
Le propriet\u00e0 del CMS devono essere mantenute costanti all\u2019interno del\n cos\u00ec detto volume utile, ossia nel volume racchiudente tutte le sezioni\n che devono essere acquisite.<\/p>\n\n\n\n
Per ottenere e controllare l\u2019omogeneit\u00e0 di campo in un volume utile \npi\u00f9 ampio possibile \u00e8 necessario intervenire con sistemi di gradienti di\n campo aggiuntivi<\/p>\n\n\n\n
Aumentando l\u2019intensit\u00e0 del campo si ottengono rapporti segnale\/rumore\n maggiori, accompagnati tuttavia da una minor capacit\u00e0 penetrativa delle\n onde RF che devono avere intensit\u00e0 elevata per raggiungere i tessuti di\n interesse.<\/p>\n\n\n\n
Esistono tre tipologie di magnete e tutte e tre trovano impiego nel campo della tecnologia a RM:<\/p>\n\n\n\n
Ogni tipologia di magnete presenta dei vantaggi e degli svantaggi sia\n sul piano tecnologico che su quello dell\u2019investimento monetario \nnecessario per il loro acquisto e mantenimento.<\/p>\n\n\n\n
Magneti permanenti<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n Sono costituiti da blocchi di materiali ad alta memoria magnetica \n(ferro, cobalto, nichel e leghe di questi ed altri elementi) che, una \nvolta magnetizzati attraverso l\u2019azione di una forte scarica elettrica, \nmantengono un campo magnetico stabile per un tempo indefinito. La \nqualit\u00e0 di questo tipo di magnete \u00e8 misurata in termini di energia \nspecifica, ossia di energia immagazzinata per unit\u00e0 di volume. \nInizialmente i materiali usati erano ferriti, leghe di cobalto e terre \nrare, bario ceramico, mentre oggi si preferiscono leghe di \nneodimio-boro-ferro che hanno una maggiore energia specifica e un minor \ncosto.<\/p>\n\n\n\n I magneti utilizzati principalmente hanno una struttura ad H o ad \nanello. La struttura ad H \u00e8 aperta: i magneti sono posizionati sopra e \nsotto l\u2019apertura per l\u2019introduzione del paziente. La struttura ad anello\n \u00e8 realizzata con magneti di forma trapezoidale .<\/p>\n\n\n\n I magneti permanenti presentano i seguenti vantaggi:<\/p>\n\n\n\n Per contro si presentano i seguenti svantaggi:<\/p>\n\n\n\n fluttuazioni del campo alle escursioni termiche ambientali.<\/p>\n\n\n\n I magneti permanenti trovano impiego nelle risonanze cos\u00ec dette aperte a basso campo<\/strong>,\n in quanto il campo ottenibile \u00e8 nell\u2019ordine dei 0,3 Tesla, tali scanner\n RM vanno incontro ai pazienti con problemi di claustrofobia.<\/p>\n\n\n\n Magneti resistivi<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n Il campo magnetico \u00e8 generato da un avvolgimento metallico percorso \nda una corrente elettrica (elettromagnete). Il campo magnetico generato \u00e8\n direttamente proporzionale alla corrente e al numero di spire da essa \nattraversate. La corrente incontra una resistenza intrinseca al \nfilamento: viene dissipata energia sotto forma di calore (effetto Joule)\n che rende pertanto necessario un sistema di raffreddamento.<\/p>\n\n\n\n I magneti resistivi, compatibilmente con la dissipazione di potenza, \npossono generare al pi\u00f9 campi di intensit\u00e0 pari a 0,3 T (con una \ndissipazione di potenza pari a 200 kW) e quindi trovano impiego nella \nrealizzazione di macchine aperte a basso campo.<\/strong><\/p>\n\n\n\n Gli elettromagneti in genere vengono realizzati con 4-6 bobine \nseparate (split coils) disposte in modo da creare una geometria sferica \nalla quale corrisponde un CMS omogeneo. Tali bobine hanno forma \ncircolare e sono ottenute con strisce di alluminio anodizzate. Esse sono\n inoltre racchiuse tra due piastre a corona circolare all\u2019interno delle \nquali circola dell\u2019acqua di raffreddamento.<\/p>\n\n\n\n Il CMS prodotto pu\u00f2 avere delle disomogeneit\u00e0 dovute ad imperfezioni \ndelle spire e ad un loro posizionamento non perfettamente simmetrico. \nPossono inoltre essere presenti fattori di disturbo prodotti \ndall\u2019ambiente magnetico circostante.<\/p>\n\n\n\n Per rendere pi\u00f9 uniforme il campo si devono impiegare bobine di \ntaratura (shim coils), percorse da correnti indipendenti, che producono \ngradienti uguali e contrari a quelli da eliminare. La compensazione dei \ngradienti di campo \u00e8 detta shimming del magnete e consiste in una serie \ndi operazioni sia di tipo meccanico (regolazione della posizione \nreciproca delle bobine) sia di tipo elettrico (regolazione della \ncorrente di alimentazione delle bobine di shim).<\/p>\n\n\n\n Gli elettromagneti di nuova generazione sono degli ibridi in quanto \ncontengono un nucleo di ferro che mantiene la magnetizzazione anche in \nassenza della corrente.<\/p>\n\n\n\n Rispetto ai magneti permanenti hanno il vantaggio di pesare meno e lo\n svantaggio di costi di gestione superiori sia per l\u2019impiego costante di\n corrente che percorre le bobine che per il sistema di raffreddamento.<\/p>\n\n\n\n Magneti superconduttori<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n Sono realizzati con spire di materiali superconduttori che, a \ntemperature prossime allo zero assoluto, possono essere percorse da \ncorrente senza dispersione di calore. I campi che vengono generati sono \naltissimi, nell\u2019ordine del Tesla (1T, 1,5T, 2T e addirittura 3T).<\/p>\n\n\n\n Il metallo usato per le spire \u00e8 un particolare conduttore che viene \nmantenuto al di sotto della sua temperatura di superconduzione (circa 4K\n ossia \u2013269o<\/sup>C) da un sistema di raffreddamento che impiega \ncriogeni (elio e azoto). I superconduttori consentono il flusso di \ncorrente elettrica senza la produzione di calore in quanto non oppongono\n resistenza al movimento delle cariche.<\/p>\n\n\n\n La geometria ideale per questi magneti \u00e8 quella solenoidale, realizzata con bobine di tipo split coils.<\/p>\n\n\n\n L\u2019avvolgimento, che pu\u00f2 raggiungere una lunghezza di oltre 20 km, \u00e8 \nrealizzato con fili di Nichel-Titanio (Ni-Ti) o Niobio-Titanio (No-Ti) \nintrecciati e incamiciati in una matrice di Rame ed \u00e8 mantenuto ad una \ntemperatura prossima allo zero assoluto (4,2 K, circa \u2013269oC) per \nimmersione in un bagno di elio liquido. In tal modo viene garantito il \nmantenimento delle propriet\u00e0 superconduttive che consentono il passaggio\n di corrente senza dispersione di energia sotto forma di calore.<\/p>\n\n\n\n Per garantire la refrigerazione costante delle spire, l\u2019avvolgimento e\n il bagno di elio sono contenuti in una struttura ermetica che funge da \nisolante termico: il criostato. Il criostato \u00e8 una struttura disposta \nconcentricamente all\u2019avvolgimento a ed \u00e8 costituita da schermi \nantiradianti raffreddati con azoto liquido (che ha un punto di \nebollizione pi\u00f9 alto dell\u2019elio pari a circa 77 K) e\/o con vapori di \nelio. Gli schermi, a loro volta, delimitano camere all\u2019interno delle \nquali viene creato il vuoto. Il calore proveniente dall\u2019esterno \nincrementer\u00e0 la temperatura del gas senza aumentare l\u2019ebollizione \ndell\u2019elio liquido. I consumi con questi tipi di magnete variano intorno \nai 0,4-0,5 litri\/ora per l\u2019elio e ai 2 litri\/ora per l\u2019azoto con una \nautonomia tra i due riemipimenti di 20-30 giorni. Per ridurre in consumi\n \u00e8 stato introdotto un sistema che utilizza un refrigerante meccanico \nper mantenere gli schermi radianti a 20-100K. Questo dispositivo \nimpiega, come fluido di refrigerazione, l\u2019elio che fluisce in un \ncircuito a se stante rispetto al magnete. Con questo accorgimento \nl\u2019apparecchio ha un costo aggiuntivo di circa il 10% ma i consumi si \nriducono drasticamente: si passa ai 0,05 litri\/ora per l\u2019elio e si \nazzera il consumo di azoto.<\/p>\n\n\n\n Nei magneti di ultima generazione la camera di azoto liquido \u00e8 stata \nsostituita da un dispositivo denominato testa fredda, costituito da un \ncompressore che pressurizza costantemente l\u2019elio liquido, mantenendolo a\n bassa temperatura, per consentirgli di raffreddare a sua volta due \nlamine metalliche che avvolgono le camere interne del magnete: con \nquesto sistema aumentano le condizioni di freddo riducendo i consumi.<\/p>\n\n\n\n Il magnete superconduttivo viene fatto funzionare in modo continuo, \ncortocircuitando i terminali dell\u2019avvolgimento con un interruttore, \ncostituito da un filamento superconduttore che viene scaldato per \nportarlo allo stato resistivo e consentire cos\u00ec l\u2019invio o la sottrazione\n di corrente nell\u2019avvolgimento nella fase di carica e scarica. Il \npassaggio allo stato persistente avviene disattivando il riscaldamento \ncos\u00ec che il filamento passa dallo stato superconduttivo e chiude \nl\u2019avvolgimento i cortocircuito.<\/p>\n\n\n\n Il CMS decade esponenzialmente con una costante di tempo tanto pi\u00f9 \nlunga quanto pi\u00f9 bassa \u00e8 la resistenza complessiva dell\u2019avvolgimento. Si\n ottengono omogeneit\u00e0 e stabilit\u00e0 di campo elevate (0,1 ppm\/ora).<\/p>\n\n\n\n Una volta che il magnete \u00e8 stato assemblato e installato, non \u00e8 pi\u00f9 \npossibile variare la posizione reciproca delle bobine che costituiscono \nil solenoide, poich\u00e9 sono rigidamente fissate tra loro. Per realizzare \nil sistema di taratura dell\u2019omogeneit\u00e0 di campo vengono impiegate bobine\n individuali costruite con tecnologia superconduttiva in alcuni casi e \nresistiva in altri.<\/p>\n\n\n\n Un evento importante che pu\u00f2 manifestarsi nei tomografi con magneti \nsuperconduttivi \u00e8 il quenching che consiste nel ripristino della \nresistenza nell\u2019avvolgimento con conseguente scarica completa \ndell\u2019energia immagazzinata nel magnete.<\/p>\n\n\n\n Il quench ha luogo quando si incrementano indiscriminatamente la \ncorrente e il campo del magnete, o nel caso di espulsione massiccia di \ncriogeni (elio e azoto). Durante il quench nell\u2019avvolgimento di \nproducono delle tensioni elevatissime (nell\u2019ordine di migliaia di Volt) \nche possono formare archi elettrici tra le spire con effetti \ndistruttivi. Per ovviare a tale possibilit\u00e0 si provvede ad incorporare \nl\u2019avvolgimento in matrice di rame o ad installare appositi banchi di \nresistenza da connettere in parallelo all\u2019avvolgimento all\u2019atto del \nquench: in tal modo si crea una via preferenziale attraverso la quale \ndissipare l\u2019energia che altrimenti provocherebbe effetti catastrofici.<\/p>\n\n\n\n La rottura della tubazione dei liquidi o gas criogeni all\u2019interno \ndella sala magnete, in caso di quench, provocherebbe lo spargimento \ndegli stessi nel locale che renderebbe l\u2019aria irrespirabile, \ncongelerebbero gli eventuali tessuti umani con i quali venissero a \ncontatto e, l\u2019aumento di pressione all\u2019interno della sala, potrebbe \nimpedire, anche solo per breve tempo l\u2019apertura della porta di accesso.<\/p>\n\n\n\n I magneti superconduttvi sono i pi\u00f9 utilizzati grazie ai seguenti vantaggi:<\/p>\n\n\n\n Gli svantaggi sono:<\/p>\n\n\n\n Magneti ibridi<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n Riuniscono le tecnologie dei magneti resistivi e di quelli \npermanenti, consentendo di realizzare campi fino a 0,5 T. Sono \nrealizzati con fili resistivi percorsi da corrente e avvolti attorno a \nmagneti permanenti.<\/p>\n\n\n\n Il campo generato \u00e8 verticale e ha poca dispersione. La \nconfigurazione geometrica \u00e8 aperta e non occorrono criogeni per il \nraffreddamento. Tuttavia si ha un elevato consumo energetico e una \nnotevole sensibilit\u00e0 alle variazioni di temperatura ambientale e alle \nfluttuazioni di corrente elettrica. Il peso del tomografo \u00e8 inoltre \nelevato.<\/p>\n\n\n\n Qual \u00e8 l\u2019intensit\u00e0 ottimale del campo magnetico?<\/strong><\/p>\n\n\n\n I sistemi con campi magnetici elevati consentono di ottenere una \nmigliore risoluzione e possono essere usati in spettroscopia mentre \nquelli con campi magnetici deboli forniscono un miglior contrasto \ntissutale e sono meno costosi, inoltre spesso hanno configurazioni \naperte che li rendono preferibili nel caso di pazienti claustrofobici<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" La parte pi\u00f9 importante del tomografo RM \u00e8 il magnete produttore di un campo magnetico statico, CMS, quanto pi\u00f9 possibile omogeneo e stabile nel tempo. 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costo di acquisto relativamente basso
\n<\/li>
costo di gestione basso in termini di consumi energetici
\n<\/li>
riduzione dell\u2019effetto proiettile poich\u00e9 il campo magnetico ha orientamento verticale
\n<\/li>
ridotta dispersione del campo magnetico
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n
bassa intensit\u00e0 di campo ( al massimo pari a 0,3 T)
\n<\/li>
peso elevato (10-15 tonnellate)
\n<\/li>
Difficolt\u00e0 di omogeneizzazione del campo legata all\u2019assemblaggio dei blocchi
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n
alta intensit\u00e0 (0,5-2 T)
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n
omogeneit\u00e0 e stabilit\u00e0 temporale anche per grandi volumi (FOV anche maggiori di 50 cm)
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n
peso e ingombro contenuti
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n
elevati costi di acquisto e gestione
\n<\/li>
elevato effetto proiettile essendo il campo magnetico orientato lungo l\u2019asse z della macchina
\n<\/li>
insorgenza di fenomeni claustrofobici nonostante l\u2019areazione, l\u2019illuminazione ed altri accorgimenti.
\n<\/li><\/ul>\n\n\n\n