L'acquisizione di un'apparecchiatura RM con magnete ad alta intensità di campo (3 Tesla) consente di potenziare sensibilmente l'attività di un Dipartimento di Diagnostica per Immagini con importanti ricadute positive sull'attività clinica di tutti i reparti ad esso afferenti, e in particolare sulle discipline dell'area delle Neuroscienze.

Inoltre, l'elevata complessità della tecnologia utilizzata favorisce iniziative di ricerca applicata con il diretto coinvolgimento di ricercatori di settori non medici quali la Fisica , l'Ingegneria, l'Informatica, la Biochimica, la Farmacologia.

Ed è proprio questo che ci proponiamo di fare all'Università di Pisa, dove sono recentemente partite le procedure per l'acquisizione di un tomografo RM ad alto campo.

Il principale beneficio legato all'impiego di questo tipo di apparecchiature consiste nel miglioramento del rapporto segnale-rumore: con significativo miglioramento del contenuto informativo delle immagini RM, che passa dalla semplice rappresentazione morfologica, ad un'analisi delle funzioni (normali od alterate) che può essere spinta fino al livello molecolare, indagando il substrato biochimico delle funzioni.

Altri vantaggi della RM ad alto campo includono la minor durata dell'esame, la possibilità di produrre immagini (anche angiografiche) in altissima risoluzione spaziale, un più efficace uso dei mezzi di contrasto, l'incremento della risoluzione della Spettroscopia RM, lo studio di nuclei diversi dall'idrogeno e l'effettuazione di esami di Risonanza Funzionale ad alta sensibilità.

· Alta risoluzione spaziale: l'utilizzazione di un tomografo per Risonanza Magnetica a 3 Tesla consente in generale di ottenere informazioni anatomo-strutturali di risoluzione spaziale dell'ordine dei decimi di millimetro con tempi inferiori od equivalenti a quelli necessari per esame ordinario millimetrico a campo basso e medio (fino 1.5 Tesla). Per dare una stima quantitativa del miglioramento in risoluzione spaziale ottenibile con Risonanza Magnetica ad alto campo, basta considerare che nel passaggio da un'intensità di campo di 1.5 Tesla a 3 Tesla viene raddoppiato il rapporto segnale/rumore e questo è in grado di compensare un dimezzamento del volume del voxel, con evidenti effetti positivi sulla risoluzione spaziale.

Il vantaggio di ottenere immagini ad alta risoluzione spaziale è decisivo in molte applicazioni. Si pensi ad esempio, in campo neuroradiologico, allo studio di regioni di piccolo volume (ipofisi, ippocampo, nuclei propri del tronco, nervi cranici) e nella stessa valutazione analitica della struttura girale e dell'architettura macroscopica corticale. Nel campo dell'esame della corteccia cerebrale, l'elevata risoluzione spaziale consente di individuare minime alterazioni del disegno delle circonvoluzioni cerebrali spesso responsabili di alterazioni focali dell'attività elettrica cerebrale in grado di generare crisi epilettiche. Si pensi che circa il 70% dei pazienti affetti da epilessia non presentano lesioni visibili ad un normale esame RM (epilessie idiopatiche). La possibilità di migliorare la sensibilità della metodica attraverso il miglioramento della risoluzione spaziale potrebbe consentire di spostare la proporzione verso le forme epilettiche secondarie a lesioni focali visibili, e questa differenziazione potrebbe avere riflessi importanti sulle scelte terapeutiche.

Analogamente, in altri distretti corporei, la migliore risoluzione spaziale può ad esempio consentire di scoprire lesioni di dimensioni estremamente ridotte, producendo vantaggi potenzialmente sensibili nella diagnostica precoce e, conseguentemente, nella terapia e nella prognosi di una lunga serie di patologie tumorali.

· Alta risoluzione angiografica: un semplice confronto di immagini angiografiche prodotte da un tomografo a 1.5 Tesla ed uno a 3 Tesla sarebbe sufficiente ad evidenziare la capacità del secondo di visualizzare dettagliatamente moltissimi vasi di piccolo calibro non riconoscibili in immagini acquisite a 1.5 Tesla.

In queste applicazioni, infatti, alla migliore risoluzione spaziale si aggiunge anche un notevole incremento del segnale generato dal flusso, in relazione con la più elevata magnetizzazione e con l'allungamento del rilassamento T1 tissutale a campi elevati. Il miglioramento dell'effetto angiografico dipendente dal T1 tissutale lungo è più sensibile a livello dei vasi arteriosi distali.

Ne consegue un'esaltazione dei vasi con risultati angiografici paragonabili a quelli ottenuti con metodiche invasive di cateterismo arterioso dei vasi sovraortici. In pratica si acquisisce la possibilità di fare imaging vasale in maniera ottimale, non invasiva e ad elevata sensibilità diagnostica.

I vantaggi angiografici si sommano a quelli derivanti dal migliore rapporto segnale/rumore per l'esame di alcuni distretti, come ad esempio nell'esame RM del cuore, dove diventano possibili indagini funzionali sul miocardio e lo studio delle coronarie.

· Alta risoluzione spettroscopica: in spettroscopia, le informazioni metaboliche prodotte a 3 Tesla possono essere estremamente dettagliate ed esiste la possibilità non solo di produrre mappe metaboliche ad alta risoluzione spaziale, ma anche di assicurare una separazione spettrale di nuove componenti metaboliche difficilmente dissociabili a campi inferiori.

Al contrario delle metodiche di imaging, la spettroscopia non analizza i protoni dell'acqua, anzi li “sopprime” per indagare i protoni appartenenti ad altre specie metaboliche più interessanti funzionalmente dal punto di vista biochimico. Dato che però i protoni dell'acqua sono la specie protonica di gran lunga prevalente nei tessuti biologici, in questo modo la spettroscopia rinuncia a sfruttare la porzione assolutamente maggioritaria del segnale tissutale cerebrale, per indagarne la componente generalmente quasi trascurabile come entità.

Per far questo la spettroscopia cerca in genere di riequilibrare il rapporto segnale/rumore attraverso l'uso di voxel di grandi dimensioni e “mediando” molte volte il segnale ottenuto ripetendo più volte l'acquisizione. Ne consegue una tecnica a bassa risoluzione spaziale ed intrinsecamente lenta, che per questo può trarre notevole vantaggio dall'uso di campi magnetici di elevata intensità per incrementare notevolmente la risoluzione spaziale, dando la possibilità di produrre immagini spettroscopiche che sono costituite da mappe bidimensionali di singoli gruppi metabolici.

A margine di questa indubbia utilità, bisogna anche citare la possibilità di incrementare con l'uso del 3T la cosiddetta risoluzione spettrale. Con questo termine ci si riferisce alla possibilità di separare tra di loro metabolici vicini nello spettro RM, grazie alla minore dispersione spettrale dei singoli picchi a 3T (i picchi appaiono più stretti e separabili l'uno dall'altro). Da ciò deriva la possibilità di separare molte specie molecolari diverse: fino ad oggi, nello studio del sistema nervoso la Risonanza Spettroscopica si è dovuta limitare allo studio di sole 4 specie molecolari ( N-Acetil-Aspartato , Colina, Creatina e Lattato). Con l'aumento del numero delle specie molecolari studiabili a 3 T, si otterrà un sensibile incremento delle informazioni ricavabili dalla metodica spettroscopica e un ampliamento delle sue applicazioni cliniche.

· Incremento delle informazioni funzionali: l'imaging neuroradiologico funzionale si avvantaggia in maniera sostanziale dell'uso di un'apparecchiatura ad alto campo. Forse delle varie metodiche la Risonanza Funzionale ( fMRI ) è quella che può ottenere i vantaggi più evidenti da un 3 Tesla. Infatti, ad alto campo la fMRI può aumentare la sua risoluzione spaziale ed il contrasto funzionale del tessuto neuronale. Per avere un'idea quantitativa del miglioramento dei risultati fMRI basti considerare che il segnale fMRI cresce con una funzione che tende al quadratico. Un aumento dell'intensità di campo da 1.5 a 3 Tesla corrisponde perciò ad un aumento di quattro volte del segnale fMRI .

Come risvolto clinico di questo miglioramento ci si può attendere una maggiore evidenza delle informazioni funzionali, con la possibilità di rilevare fenomeni più deboli e di raggiungere la “certezza” sull'esistenza di determinati fenomeni in maniera estremamente più semplice e veloce, rendendo la metodica fMRI molto più facilmente compatibile con le più comuni applicazioni cliniche.

· Efficacia dei mezzi di contrasto: questa cresce in maniera significativa con il campo, consentendo, così, una riduzione delle dosi di utilizzo ed i relativi costi associati.

L'incremento dell'efficacia contrastografica non è lo stesso per tutti i mezzi di contrasto, essendo particolarmente accentuato per i mezzi di contrasto particolati, caratterizzati da un'elevata relassività R2*, in quanto le perturbazioni nel campo magnetico locale causate da questi agenti vengono amplificate notevolmente dall'uso di un campo magnetico di intensità elevata.

L'aumento di efficacia dei mezzi di contrasto ha anche importanti implicazioni correlate allo sviluppo del filone di ricerca denominato “molecular imaging”. Il principio alla base del “molecular imaging” è semplice; legando ad un mezzo di contrasto molecole in grado di riconoscere selettivamente determinate componenti biologiche è possibile ottenere dall'indagine indicazioni riguardanti la presenza e la distribuzione spaziale di una particolare componente molecolare.

In prospettiva l'imaging molecolare può dare informazioni preziose per l'inquadramento clinico e biologico di molte patologie. Per esempio, nell'imaging oncologico, è possibile progettare mezzi di contrasto che riconoscano specificamente le regioni interessate dal processo neoangiogenetico. Si pensi anche alle indagini recettoriali, mediante le quali è possibile valutare la distribuzione spaziale di determinati recettori che caratterizzino specifici stati biologici cellulari. O alla possibilità di monitorare in vivo l'espressione genica, in modo da avere indicatori biologici accurati di molte funzioni cellulari e di vederne la distribuzione spaziale nei tessuti.

· Studio di nuclei diversi dal protone. La Risonanza Magnetica , per come viene comunemente considerata, è fondamentalmente una tecnica di studio dei protoni dell'acqua. Data la distribuzione dell'acqua in praticamente tutti i tessuti del corpo, normali e patologici, appare chiaro come l'acqua non sia la molecola ideale da studiare con una metodica di imaging. Sarebbe sicuramente preferibile poter studiare nuclei diversi dal protone, che quindi non facciano parte di molecole d'acqua ma di molecole di maggior interesse biologico. E' possibile per tale scopo utilizzare isotopi stabili (quindi non radioattivi) del carbonio, dell'azoto, dell'ossigeno, del sodio, del potassio, del fluoro e di molti altri elementi.

In questo modo è possibile ottenere sonde molecolari in grado in investigare metabolismi e di individuare strutture recettoriali e molecole di interesse, in maniera analoga a quanto possibile in PET, ma con il vantaggio della naturale coregistrazione con le immagini RM (una sorta di PET-RM) e con la possibilità di seguire un'eventuale via metabolica o di sorvegliare le dinamiche recettoriali per tempi virtualmente infiniti, dato che gli isotopi visibili in RM, al contrario di quelli visibili in PET, non decadono nel tempo.