Diagnosi dell'osteoartrite: la risonanza magnetica

Negli ultimi anni, la risonanza magnetica per immagini (RMI) è diventata uno dei metodi leader per la diagnosi non invasiva dell'osteoartrite. Dagli anni '70, quando i principi della risonanza magnetica (RM) furono utilizzati per la prima volta per studiare il corpo umano, questo metodo di imaging medico ha subito una profonda evoluzione e continua a evolversi rapidamente.

Le attrezzature tecniche e i software vengono migliorati, i metodi di acquisizione delle immagini e i mezzi di contrasto per la risonanza magnetica vengono sviluppati. Ciò consente di trovare costantemente nuovi campi di applicazione per la risonanza magnetica. Se inizialmente il suo utilizzo era limitato agli studi del sistema nervoso centrale, ora la risonanza magnetica viene utilizzata con successo in quasi tutti i settori della medicina.

Nel 1946, gruppi di ricercatori delle università di Stanford e Harvard scoprirono indipendentemente un fenomeno chiamato risonanza magnetica nucleare (RMN). La sua essenza era che i nuclei di alcuni atomi, trovandosi in un campo magnetico, sotto l'influenza di un campo elettromagnetico esterno, sono in grado di assorbire energia e poi emetterla sotto forma di segnale radio. Per questa scoperta, F. Bloch ed E. Parmel ricevettero il Premio Nobel nel 1952. Il nuovo fenomeno fu presto utilizzato per l'analisi spettrale delle strutture biologiche (spettroscopia RNM). Nel 1973, Paul Rautenburg dimostrò per primo la possibilità di ottenere un'immagine utilizzando segnali RNM. Nacque così la tomografia RNM. Le prime tomografie RNM degli organi interni di una persona vivente furono presentate nel 1982 al Congresso Internazionale dei Radiologi di Parigi.

Due precisazioni sono necessarie. Nonostante il metodo si basi sul fenomeno della risonanza magnetica nucleare (NMR), viene chiamato risonanza magnetica (RM), omettendo il termine "nucleare". Questo per evitare che i pazienti pensino alla radioattività associata al decadimento dei nuclei atomici. La seconda circostanza: i tomografi RM non sono "sintonizzati" accidentalmente sui protoni, ovvero i nuclei di idrogeno. Questo elemento è presente in grandi quantità nei tessuti e i suoi nuclei hanno il momento magnetico più elevato tra tutti i nuclei atomici, il che determina un livello piuttosto elevato del segnale RM.

Se nel 1983 esistevano solo pochi dispositivi adatti alla ricerca clinica nel mondo, all'inizio del 1996 erano circa 10.000 i tomografi in funzione in tutto il mondo. Ogni anno vengono introdotti 1.000 nuovi dispositivi. Oltre il 90% del parco tomografi RM è costituito da modelli con magneti superconduttori (0,5-1,5 T). È interessante notare che se a metà degli anni '80 le aziende produttrici di tomografi RM si ispiravano al principio "più alto è il campo, meglio è", concentrandosi su modelli con un campo di 1,5 T e superiore, alla fine degli anni '80 è diventato chiaro che nella maggior parte dei campi di applicazione non presentavano vantaggi significativi rispetto ai modelli con un'intensità di campo media. Pertanto, i principali produttori di tomografi MR (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker, ecc.) stanno attualmente prestando molta attenzione alla produzione di modelli a campo medio e persino basso, che si differenziano dai sistemi ad alto campo per la loro compattezza ed economicità, con una qualità d'immagine soddisfacente e costi significativamente inferiori. I sistemi ad alto campo sono utilizzati principalmente nei centri di ricerca per la spettroscopia MR.

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Principio del metodo MRI

I componenti principali di uno scanner MRI sono: un magnete ad altissima potenza, un trasmettitore radio, una bobina ricevente a radiofrequenza, un computer e un pannello di controllo. La maggior parte dei dispositivi genera un campo magnetico con un momento magnetico parallelo all'asse longitudinale del corpo umano. L'intensità del campo magnetico si misura in tesla (T). Per la risonanza magnetica clinica, vengono utilizzati campi con un'intensità compresa tra 0,2 e 1,5 T.

Quando un paziente viene immerso in un intenso campo magnetico, tutti i protoni, che sono dipoli magnetici, ruotano nella direzione del campo esterno (come un ago di bussola orientato verso il campo magnetico terrestre). Inoltre, gli assi magnetici di ciascun protone iniziano a ruotare attorno alla direzione del campo magnetico esterno. Questo specifico moto rotatorio è chiamato processione e la sua frequenza è detta frequenza di risonanza. Quando brevi impulsi elettromagnetici a radiofrequenza vengono trasmessi attraverso il corpo del paziente, il campo magnetico delle onde radio fa sì che i momenti magnetici di tutti i protoni ruotino attorno al momento magnetico del campo esterno. Perché ciò accada, la frequenza delle onde radio deve essere uguale alla frequenza di risonanza dei protoni. Questo fenomeno è chiamato risonanza magnetica. Per cambiare l'orientamento dei protoni magnetici, i campi magnetici dei protoni e delle onde radio devono risuonare, ovvero avere la stessa frequenza.

Si crea un momento magnetico netto nei tessuti del paziente: i tessuti sono magnetizzati e il loro magnetismo è orientato rigorosamente parallelamente al campo magnetico esterno. Il magnetismo è proporzionale al numero di protoni per unità di volume di tessuto. L'enorme numero di protoni (nuclei di idrogeno) contenuti nella maggior parte dei tessuti fa sì che il momento magnetico netto sia sufficientemente grande da indurre una corrente elettrica in una bobina ricevente situata all'esterno del paziente. Questi segnali RM indotti vengono utilizzati per ricostruire l'immagine RM.

Il processo di transizione degli elettroni del nucleo dallo stato eccitato allo stato di equilibrio è chiamato processo di rilassamento spin-reticolo o rilassamento longitudinale. È caratterizzato da T1 - il tempo di rilassamento spin-reticolo - il tempo necessario per trasferire il 63% dei nuclei allo stato di equilibrio dopo la loro eccitazione con un impulso a 90°. Si distingue anche T2 - il tempo di rilassamento spin-spin.

Esistono diversi metodi per ottenere tomografie RM. Differiscono nell'ordine e nella natura della generazione degli impulsi a radiofrequenza e nei metodi di analisi del segnale RM. I due metodi più utilizzati sono lo spin-reticolo e lo spin-echo. Lo spin-reticolo analizza principalmente il tempo di rilassamento T1. Diversi tessuti (sostanza grigia e bianca del cervello, liquido cerebrospinale, tessuto tumorale, cartilagine, muscoli, ecc.) contengono protoni con tempi di rilassamento T1 diversi. L'intensità del segnale RM è correlata alla durata di T1: più breve è il T1, più intenso è il segnale RM e più luminosa appare l'area dell'immagine sul monitor. Il tessuto adiposo è bianco nelle tomografie RM, seguito da cervello e midollo spinale, organi interni densi, pareti vascolari e muscoli in ordine decrescente di intensità del segnale RM. Aria, ossa e calcificazioni praticamente non producono un segnale RM e sono quindi visualizzati in nero. Queste relazioni del tempo di rilassamento T1 creano i prerequisiti per visualizzare tessuti normali e alterati nelle scansioni MRI.

In un altro metodo di risonanza magnetica, chiamato spin-echo, una serie di impulsi a radiofrequenza vengono indirizzati al paziente, ruotando i protoni in precessione di 90°. Al termine degli impulsi, vengono registrati i segnali di risposta della risonanza magnetica. Tuttavia, l'intensità del segnale di risposta è correlata in modo diverso alla durata di T2: più breve è il T2, più debole è il segnale e, di conseguenza, minore è la luminosità del bagliore sullo schermo del monitor TV. Pertanto, l'immagine finale della risonanza magnetica ottenuta con il metodo T2 è l'opposto di quella ottenuta con il metodo T1 (poiché un negativo è l'opposto di un positivo).

Le tomografie RM mostrano i tessuti molli meglio delle scansioni TC: muscoli, strati di grasso, cartilagine e vasi sanguigni. Alcuni dispositivi possono produrre immagini dei vasi sanguigni senza iniettare un mezzo di contrasto (angio-RM). Grazie al basso contenuto di acqua nel tessuto osseo, quest'ultimo non crea un effetto schermante, come nella scansione TC a raggi X, ovvero non interferisce con l'immagine, ad esempio, del midollo spinale, dei dischi intervertebrali, ecc. Naturalmente, i nuclei di idrogeno non sono solo contenuti nell'acqua, ma nel tessuto osseo sono fissati in molecole molto grandi e strutture dense e non interferiscono con la RM.

Vantaggi e svantaggi della risonanza magnetica

I principali vantaggi della RM includono la non invasività, l'innocuità (nessuna esposizione alle radiazioni), la tridimensionalità dell'acquisizione delle immagini, il contrasto naturale del sangue in movimento, l'assenza di artefatti dovuti al tessuto osseo, l'elevata differenziazione dei tessuti molli e la possibilità di eseguire la spettroscopia MP per studi in vivo sul metabolismo tissutale. La RM consente di ottenere immagini di strati sottili del corpo umano in qualsiasi sezione: sul piano frontale, sagittale, assiale e obliquo. È possibile ricostruire immagini volumetriche degli organi e sincronizzare l'acquisizione dei tomogrammi con la dentatura dell'elettrocardiogramma.

Gli svantaggi principali includono solitamente il tempo relativamente lungo necessario per ottenere le immagini (solitamente minuti), che porta alla comparsa di artefatti dovuti ai movimenti respiratori (ciò riduce in particolare l'efficacia dell'esame polmonare), aritmie (nell'esame cardiaco), l'impossibilità di rilevare in modo affidabile calcoli, calcificazioni, alcuni tipi di patologie ossee, l'elevato costo delle apparecchiature e del loro funzionamento, requisiti speciali per i locali in cui sono collocati i dispositivi (schermatura dalle interferenze), l'impossibilità di esaminare pazienti con claustrofobia, pacemaker artificiali, grandi impianti metallici realizzati con metalli non medicali.

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Mezzi di contrasto per la risonanza magnetica

All'inizio dell'utilizzo della RM, si credeva che il contrasto naturale tra i diversi tessuti eliminasse la necessità di mezzi di contrasto. Ben presto si scoprì che la differenza di segnale tra i diversi tessuti, ovvero il contrasto dell'immagine RM, poteva essere significativamente migliorata dai mezzi di contrasto. Quando il primo mezzo di contrasto per RM (contenente ioni di gadolinio paramagnetici) divenne disponibile in commercio, il contenuto informativo diagnostico della RM aumentò significativamente. L'essenza dell'utilizzo dei mezzi di contrasto per RM consiste nel modificare i parametri magnetici dei protoni di tessuti e organi, ovvero nel modificare il tempo di rilassamento (TR) dei protoni T1 e T2. Oggi esistono diverse classificazioni dei mezzi di contrasto per RM (o meglio, mezzi di contrasto - CA).

In base all'effetto predominante sul tempo di rilassamento, l'MR-KA si divide in:

• T1-CA, che accorciano il T1 e quindi aumentano l'intensità del segnale MP tissutale. Sono anche chiamati CA positivi.
• T2-CA che accorciano il T2, riducendo l'intensità del segnale RM. Questi sono CA negativi.

A seconda delle loro proprietà magnetiche, gli MR-CA si dividono in paramagnetici e superparamagnetici:

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Agenti di contrasto paramagnetici

Le proprietà paramagnetiche sono possedute da atomi con uno o più elettroni spaiati. Si tratta di ioni magnetici di gadolinio (Gd), cromo, nichel, ferro e manganese. I composti del gadolinio hanno ricevuto la più ampia applicazione clinica. L'effetto di contrasto del gadolinio è dovuto alla riduzione dei tempi di rilassamento T1 e T2. A basse dosi, l'effetto su T1 predomina, aumentando l'intensità del segnale. Ad alte dosi, l'effetto su T2 predomina, riducendo l'intensità del segnale. I paramagneti sono oggi i più ampiamente utilizzati nella pratica diagnostica clinica.

Agenti di contrasto superparamagnetici

^{L'effetto dominante dell'ossido di} ferro superparamagnetico è l'accorciamento del rilassamento T2. Con l'aumentare della dose, si verifica una diminuzione dell'intensità del segnale. Anche gli ossidi di ferro ferromagnetici, che includono ossidi di ferro ferromagnetici strutturalmente simili alla magnetite ferrite (Fe2 ⁺ OFe2 ₊ O3 ), possono _essere inclusi in questo gruppo di ossidi di ferro.

La seguente classificazione si basa sulla farmacocinetica del CA (Sergeev PV et al., 1995):

• extracellulare (non specifico del tessuto);
• gastrointestinale;
• organotropico (tessuto-specifico);
• macromolecolari, che vengono utilizzate per determinare lo spazio vascolare.

In Ucraina sono noti quattro MR-CA, ovvero CA paramagnetiche extracellulari idrosolubili, di cui la gadodiamide e l'acido gadopentetico sono ampiamente utilizzati. I restanti gruppi di CA (2-4) sono in fase di sperimentazione clinica all'estero.

MR-CA extracellulare solubile in acqua

Nome internazionale	Formula chimica	Struttura
Acido gadopentetico	Gadolinio dimeglumina dietilentriammina penta-acetato ((NMG)2Gd-DTPA)	Lineare, ionico
Acido gadoterico	(NMG)Gd-DOTA	Ciclico, ionico
Gadodiamide	Gadolinio dietilentriammina pentaacetato-bis-metilammide (Gd-DTPA-BMA)	Lineare, non ionico
Gadoteridolo	Gd-HP-D03A	Ciclico, non ionico

Gli AC extracellulari vengono somministrati per via endovenosa, il 98% di essi viene escreto dai reni, non penetrano la barriera emato-encefalica, hanno una bassa tossicità e appartengono al gruppo delle sostanze paramagnetiche.

Controindicazioni alla risonanza magnetica

Le controindicazioni assolute includono condizioni in cui l'esame rappresenta un rischio per la vita dei pazienti. Ad esempio, la presenza di impianti attivati elettronicamente, magneticamente o meccanicamente, ovvero principalmente pacemaker artificiali. L'esposizione alle radiazioni a radiofrequenza di una risonanza magnetica può compromettere il funzionamento di un pacemaker inserito nel sistema di richiesta, poiché le variazioni dei campi magnetici possono imitare l'attività cardiaca. L'attrazione magnetica può anche causare lo spostamento del pacemaker nella sua sede e lo spostamento degli elettrodi. Inoltre, il campo magnetico crea ostacoli al funzionamento di impianti ferromagnetici o elettronici nell'orecchio medio. La presenza di valvole cardiache artificiali è pericolosa e costituisce una controindicazione assoluta solo se esaminata con risonanze magnetiche ad alto campo e se si sospetta clinicamente un danno alla valvola. Le controindicazioni assolute all'esame includono anche la presenza di piccoli impianti chirurgici metallici (clip emostatiche) nel sistema nervoso centrale, poiché il loro spostamento dovuto all'attrazione magnetica rischia di causare emorragie. La loro presenza in altre parti del corpo rappresenta un rischio minore, poiché dopo il trattamento, la fibrosi e l'incapsulamento delle clamp contribuiscono a mantenerli stabili. Tuttavia, oltre al potenziale pericolo, la presenza di impianti metallici con proprietà magnetiche provoca comunque degli artefatti che creano difficoltà nell'interpretazione dei risultati dello studio.

Controindicazioni alla risonanza magnetica

Assoluto:	Relativo:
Pacemaker	Altri stimolanti (pompe per insulina, stimolatori nervosi)
Impianti dell'orecchio medio ferromagnetici o elettronici	Impianti dell'orecchio interno non ferromagnetici, protesi valvolari cardiache (ad alto campo, se si sospetta una disfunzione)
Clip emostatiche dei vasi cerebrali	Clip emostatiche in altre sedi, insufficienza cardiaca scompensata, gravidanza, claustrofobia, necessità di monitoraggio fisiologico

Le controindicazioni relative, oltre a quelle sopra elencate, includono l'insufficienza cardiaca scompensata e la necessità di monitoraggio fisiologico (ventilazione meccanica, pompe di infusione elettriche). La claustrofobia rappresenta un ostacolo all'esame nell'1-4% dei casi. Può essere superata, da un lato, utilizzando dispositivi con magneti aperti, dall'altro, con una spiegazione dettagliata del dispositivo e dello svolgimento dell'esame. Non vi sono prove di un effetto dannoso della RM sull'embrione o sul feto, ma si raccomanda di evitarla nel primo trimestre di gravidanza. L'uso della RM durante la gravidanza è indicato nei casi in cui altri metodi diagnostici per immagini non ionizzanti non forniscano informazioni soddisfacenti. L'esame RM richiede una maggiore partecipazione del paziente rispetto alla tomografia computerizzata, poiché i movimenti del paziente durante l'esame hanno un impatto molto maggiore sulla qualità delle immagini, pertanto l'esame di pazienti con patologie acute, disturbi della coscienza, spasmi, demenza e bambini risulta spesso difficoltoso.

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