La sua capacità di generare squisito contrasto soft-tissue dipende fortemente dalla manipolazione delle proprietà di rilassamento magnetico dei nuclei di idrogeno all'interno dell'acqua e del grasso. Tra le sequenze di impulso fondamentali che estendono la portata diagnostica di MRI è il recupero di inversione (IR). Mentre le sequenze di base di spin-echo forniscono un eccellente dettaglio di successione di risonanza Rinfologico.

Che cosa è il recupero di inversione?

Il recupero dell'inversione è una sequenza magnetica di risonanza che inizia con un non-selettivo o a fettine-selettivo 180° di radiofrequenza (RF) impulso. Questo impulso di inversione capovolge il vettore di magnetizzazione della rete (NMV) dal suo allineamento di equilibrio lungo il campo magnetico principale (B0) alla direzione opposta, invertendola in modo essenziale di 180°.

La distinzione chiave tra IR e una sequenza standard di spin-echo è in questo impulso iniziale di inversione di 180°. In un tipico spin-echo, il polso di 90° è il primo evento. In IR, l'impulso di inversione precede l'eccitazione, e il periodo TI fornisce un parametro di contrasto aggiuntivo che può essere sintonizzato a null tessuti specifici o per sottolineare differenze tra tessuti con valori T1 simili.

Fisica di T1 Relax

Per apprezzare pienamente il recupero dell'inversione, si deve capire il rilassamento T1 (spin-lattice) . Dopo qualsiasi eccitazione RF, il componente di magnetizzazione longitudinale recupera esponenzialmente verso il suo valore di equilibrio M0. Il recupero segue l'equazione:

M z(t) = M 0 (1 - e^{-t/T1})

dove M z(t) è la magnetizzazione longitudinale a tempo t dopo un impulso di inversione, e T1 è la costante di tempo per il recupero. Quando viene applicato un impulso di inversione di 180°, la magnetizzazione iniziale M z(0) = -M 0. Il recupero segue:

M z(TI) = M 0 (1 - 2 e^{-TI/T1})

Questa equazione è fondamentale: dopo un impulso di 180°, la magnetizzazione longitudinale inizia a -M 0 e attraversa zero quando TI = T1 * ln(2). In quel preciso tempo di inversione, un tessuto non contribuisce a nessun segnale quando il successivo impulso di 90° viene applicato, questo è il punto nullo. I problemi con T1 più breve recuperano più velocemente e diventano più positivi prima; quelli con T1 più lunga rimangono negativi o più vicini a zero per periodi più lunghi.

I valori T1 variano con resistenza al campo, composizione dei tessuti e stato patologico. Ad esempio, a 1,5 T, la materia bianca ha una T1 di circa 600–700 ms, materia grigia di circa 900–1000 ms, liquido cerebrospinale (CSF) circa 2000–4000 ms, e grasso circa 200–250 ms. Queste differenze sono sfruttate nelle sequenze di recupero inversione.

La sequenza di impulso di recupero dell'inversione

Una sequenza di impulso IR consiste in tre fasi distinte:

  • Pulse di inversione:[] Viene applicato un impulso RF di 180° per invertire la magnetizzazione della rete. Questo può essere non selettivo (affettivo l'intero volume) o selettivo (solo una fetta specifica).
  • Tempo di inversione (TI):] Un ritardo durante il quale si verifica il rilassamento T1. Il TI è il parametro regolabile critico. Il suo valore determina quali tessuti sono annullati e il contrasto complessivo tra i tessuti.
  • Eccitazione e lettura:[ Dopo TI, un impulso standard di 90° eccita la magnetizzazione longitudinale rimanente nel piano trasversale. Questo è seguito dalla codifica spaziale e dall'acquisizione del segnale, tipicamente utilizzando un spin-eco o un rapido spin-eco lettura. Il tempo di eco (TE) controlla il peso di T2 sulla parte superiore del peso di T1 impartito dall'inversione.

In molte sequenze cliniche IR, la lettura è un rapido spin-echo (FSE) per ridurre il tempo di scansione. L'immagine risultante è quindi T1-peso, T2-peso, o protone densita ponderata a seconda dei parametri specifici, ma sempre con la modulazione di contrasto T1 aggiunta dal polso inversione.

Una variante, la sequenza di gradiente-eco preparato inversione-recupero (IR-GRE), viene utilizzata nella rappresentazione cardiaca per migliorare il contrasto T1 per il miglioramento del gadolinium tardivo.

Recupero inversione vs. Saturation Recovery

In saturazione di recupero, un impulso di 90° satura la magnetizzazione (lo imposta a zero), e un ritardo TI-like permette il recupero parziale prima di un secondo impulso di 90°. La differenza chiave è che il recupero di saturazione inizia da M z = 0, mentre il recupero di inversione parte da M z = -M 0. La gamma dinamica di recupero è due volte come MR

Tipi di sequenze di recupero di inversione

Sono evolute diverse sequenze di risonanza magnetica, ciascuna su misura per uno scopo specifico selezionando il TI appropriato e la lettura.

Recupero inversione di breve TI (STIR)

STIR utilizza un breve TI (tipicamente 150-200 ms a 1,5 T) per annullare il segnale dal grasso. Poiché il grasso ha un T1 molto breve (circa 200-250 ms), attraversa il punto nullo presto. Un TI di circa 0.69 * T1 (grasso) ≈ 150 ms nulls segnale di grasso. STIR è ampiamente usato in musculoscheletrici e body imaging per sopprimere il grasso e non emettere edema, l'infiammazione, a corto.

Fluid-Attenuated Inversion Recovery (FLAIR)

FLAIR impiega un lungo TI (di solito 2000-2800 ms a 1,5 T) per annullare il segnale dal liquido cerebrospinale (CSF), che ha una lunga T1 (2000-4000 ms). Sopprimendo il segnale luminoso CSF su immagini T2-peso, FLAIR fa le lesioni periventricolari e parenchimali più conspicue.

Una variante, T2-FLAIR, combina una lunga TE (T2 ponderazione) con la preparazione FLAIR. Il recupero inversione può essere applicato anche a sequenze T1-peso (T1-FLAIR) per un migliore contrasto di materia grigia-bianca o per sopprimere il CSF nell'imaging T1 post-contrasto.

Recupero inversione con un TI variabile

Alcune applicazioni avanzate utilizzano un impulso di inversione multipla (ad esempio, doppio recupero di inversione) per null due tessuti diversi contemporaneamente. Il doppio recupero di inversione (DIR) viene utilizzato nella imaging cerebrale per sopprimere sia il CSF che la materia bianca, evidenziando lesioni corticali nella sclerosi multipla.

Recupero di inversione di fase-sensoriale (PSIR)

PSIR è una tecnica che ricostruisce sia le informazioni di magnitudo che quelle di fase dal segnale IR. Invece di prendere il valore assoluto, PSIR utilizza il segno (positivo/negativo) della magnetizzazione dopo l'inversione. Questo permette il rilevamento del segnale dai tessuti che sono ancora negativi (ad esempio, dall'altra parte del punto null) senza la ricostruzione di magnitudo che li piega. PSIR migliora la rappresentazione della miocardionica di imaging di confine nella zona di delineatura

Selezione del tempo di inversione

La scelta del TI è il parametro più critico nell'imaging IR. Due obiettivi principali guidano la selezione TI: (1) annullare un tessuto specifico, e (2) massimizzare il contrasto tra due tessuti di interesse.

  • Nulling:[] Per sopprimere il segnale da un tessuto con T1, impostare TI = T1 * ln(2). Per il grasso a 1.5 T (T1 ≈ 230 ms), TI ≈ 160 ms. Per il CSF a 1,5 T (T1 ≈ 2500 ms), TI ≈ 1730 ms. In pratica, i valori empirically determinati sono utilizzati che gli effetti di campo e di campo e di frequenza di FIRLA 2000
  • Contro massimo:[] Il TI ottimale per il contrasto tra due tessuti con valori T1 a e T1 b si trova tra i loro punti nulli. L'esatto TI che massimizza la differenza di segnale può essere derivato dall'equazione di recupero. Ad esempio, per massimizzare il contrasto tra materia grigia e bianca nel cervello, un TI di 400–600 ms fornisce un buon peso T1 senza nullità.

In sequenze IR, il TR deve essere abbastanza lungo per consentire il recupero completo (o almeno il recupero coerente) della magnetizzazione tra impulsi di inversione successivi. Altrimenti, gli effetti costanti-stato modificano l'efficace TI e il contrasto. In sequenze IR veloci (ad esempio, IR-FSE), i TR molto brevi possono essere utilizzati con l'ottimizzazione di più 180° di riorientamenti moderni.

Contrasto Comportatore in Inversione di Recupero

Il contrasto in una sequenza IR dipende dagli effetti combinati di T1 (via TI) e T2 (via TE). L'immagine risultante è spesso descritta come con un peso pesante T1 con soppressione del tessuto regolabile.

  • Ricupero di fase opposta:[ I tessuti con T1 più breve di quanto il TI avrà una magnetizzazione longitudinale positiva al momento del polso di 90°; quelli con T1 più lungo del punto nullo avranno una magnetizzazione negativa. La ricostruzione della magnitudine scarta il segno, potenzialmente causando ambiguità. PSIR mantiene il segno per evitare questo.
  • Inversione contrasto:[] In magnitudo immagini IR, come TI è aumentato, il segnale da un tessuto va da negativo (nero) a positivo (bright). Questo può causare apparizioni inaspettate se il TI è vicino al punto nullo di un tessuto: quel tessuto diventa scuro, mentre altri con T1 simile possono apparire brillanti. Capire questo comportamento è essenziale per una corretta interpretazione.
  • Noise e SNR:[ Poiché le sequenze IR invertono la magnetizzazione, il segnale disponibile può essere inferiore a quello convenzionale se il TI è breve (piccolo recupero) o se il punto null è mirato (zero segnale dal tessuto soppresso).

Applicazioni cliniche di recupero dell'inversione

Neuroimaging

FLAIR è una componente standard di quasi ogni protocollo cerebrale. Nella sclerosi multipla, FLAIR rivela placche periventricolari e juxtacortical con elevata sensibilità. Inoltre evidenzia lesioni ischemiche, edema e leucoraurosi. Per ictus, DWI è più sensibile, ma FLAIR aiuta a determinare l'età di lesione e la viabilità del tessuto.

Imaging muscoloscheletrico

STIR è un cavallo di lavoro in MRI muscoloscheletrico per rilevare fratture, contusioni ossee, infezioni (osteomielite), tumori, e artrite infiammatoria. Poiché il grasso appare brillante su sequenze standard ponderate T2, può mascherare la patologia sottostante. STIR elimina il segnale grasso, rendendo l'edema e l'iperemia cospicua.

Imaging cardiac

La preparazione di recupero di inversione viene utilizzata nella risonanza cardiaca per il miglioramento del gadolinium tardivo (LGE) per identificare la cicatrice e la fibrosi miocardica. Viene applicato un impulso di inversione non selettivo di 180° e il TI è regolato per annullare il segnale del miocardio normale. Il tessuto di scarto di gadolinium-avid ha un'acquisizione abbreviata T1 e mostra come segnale luminoso.

Imaging addominale

STIR è utilizzato in epatite e renale per sopprimere le lesioni grasse e evidenziare. È particolarmente utile nei pazienti con steatosi epatica o dove la soppressione del grasso a spostamento chimico non riesce a causa di omogeneità.

Imaging vascolare e di flusso

Il recupero dell'inversione può essere combinato con le tecniche di angiografia MR per sopprimere i tessuti di sfondo e migliorare la visualizzazione dei vasi. Ad esempio, l'angiografia indipendente dal flusso utilizza IR per i tessuti stazionari selettivi, lasciando solo il segnale del sangue scorrente.

Vantaggi e limitazioni del recupero di inversione

Vantaggi

  • Contro di tessuto eccellente:[ IR fornisce una maggiore sensibilità T1 rispetto al recupero della saturazione o all'eco spin convenzionale. Ciò è particolarmente utile quando le differenze T1 sono piccole (ad esempio, la differenziazione della materia bianca grigia).
  • Soppressione selettiva:[] La capacità di nulli segnali specifici del tessuto (grasso, fluido, materia bianca) migliora la conspicuità della lesione e riduce i manufatti.
  • Robust in campi inomogenei:[ STIR, per esempio, non si basa sul cambiamento chimico, quindi funziona bene vicino agli impianti metallici o in regioni con grandi inomogeneità B0 (ad esempio, collo, seno, estremità).
  • Versatilità:[] Regolando TI, la stessa sequenza può fornire diversi tipi di contrasto (STIR, FLAIR, T1-IR).

Limitazioni

  • Tempo di scansione prolungato:[ Poiché l'impulso di inversione richiede un'attesa aggiuntiva (TI), il TR è spesso più lungo rispetto all'eco di rotazione standard. Anche con le letture veloci, le sequenze IR possono essere dispendiose.
  • SNR inferiore:[] Nulling a fabric riduce il segnale complessivo e il processo di inversione si recupera da una linea di base negativa, che può portare a un ridotto rapporto segnale-rumore rispetto alle sequenze non-IR, che richiedono più medie.
  • Soppressione non specifica:[ STIR annulla tutti i tessuti con una particolare T1, non solo grasso. Ad esempio, fluido proteinaceous, emorragia (methemoglobin), o tessuto infiammatorio-andidolo può anche essere soppresso, causando confusione diagnostica.
  • Sensibilità alla selezione TI:[ Se il TI non è ottimale, il contrasto è degradato. In LGE cardiaco, il TI improprio può annullare sia il tessuto normale che quello cicatriziale o portare a interpretazioni false-negative.
  • Incompleto nulling in sequenze veloci:[ In IR-FSE con TR corto, il TI efficace può deviare dalle prescritte a causa di effetti a stato costante; questo richiede la calibrazione specifica del fornitore.

Considerazioni pratiche e ottimizzazione

Per la configurazione di una sequenza IR, diversi fattori devono essere bilanciati. La forma e la durata dell'impulso di inversione influiscono sul profilo della fetta; un impulso Gaussian o SINC è tipico. Il tempo di ripetizione dovrebbe essere almeno 3–4 volte il T1 dei tessuti di interesse per consentire il recupero completo; altrimenti, i cambiamenti efficaci TIIR, un TR di 2000–3000 ms è comune; per FLAIR, la fase TR può essere fortemente regolata

Le tecniche di post-elaborazione come la ricostruzione sensibile alla fase possono risolvere l'ambiguità dei segni. Gli scanner moderni offrono anche il rilevamento automatico del TI (ad esempio, T1 scout per LGE) per garantire una nullità costante nei pazienti.

Conclusioni

Il recupero di inversione è una tecnica MRI fondamentale che trasforma la nostra capacità di visualizzare la patofisiologia del tessuto. Sfruttando il recupero esponenziale della magnetizzazione dopo un impulso di inversione di 180°, le sequenze IR forniscono la soppressione selettiva del segnale e il contrasto T1 migliorato che sono senza eguali dalla ricostruzione di base e dalle sequenze di gradiente-eco.