31656 - RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce la fisica di base e le procedure sperimentali per le applicazioni della Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) a bassa risoluzione nell'analisi di sistemi porosi biologici e non biologici, con esperienza diretta di laboratorio. In particolare, lo studente è in grado di: - utilizzare strumentazione per rilassometria NMR; - utilizzare strumentazione per tomografia NMR; - utilizzare strumentazione per diffusometria NMR; - comprendere le più attuali tecniche di imaging NMR, comprese l'imaging funzionale e la fiber tractography.

Contenuti

MODULO 1

I principi fisici della Risonanza Magnetica Nucleare. Le basi quantistiche  - Livelli di energia e spettri NMR - Il modello vettoriale - La magnetizzazione bulk - La precessione di Larmor - Il sistema di riferimento rotante -  Condizione di risonanza  - Impulsi a radiofrequenza - Rivelazione nel sistema rotante -  L'eco di spin

Rilassometria.  Il fenomeno di rilassamento della magnetizzazione nucleare - Rilassamento della componente longitudinale della magnetizzazione nucleare - Rilassamento della componente trasversale della magnetizzazione nucleare - Equazioni fenomenologiche di Bloch - Origine del rilassamento longitudinale e trasversale - Tempi di rilassamento e moti molecolari - Interazione dipolare e campi magnetici locali  - Tempo di correlazione per i moti molecolari : tc - Dipendenza di T2 da tc  Separazione solido-liquido sul FID - Dipendenza di T1 dalla frequenza di risonanza e da tc  - Ampiezza di riga nei solidi e nei liquidi - Altri tipi di interazioni - Chemical shift - Accoppiamento scalare - Analisi spettroscopiche.  Esempi di applicazioni.  Approfondimenti sul Rilassamento Longitudinale  Misura dei tempi di rilassamento - Sequenze Saturation Recovery ed Inversion Recovery - Misura di T2*  - Eco di spin e Misura di T2 : sequenze Spin-Echo e CPMG - Effetti dell'autodiffusione. Misura del coefficiente di autodiffusione

Principi di Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare. Principio zeugmatografico . Applicazione di gradienti di campo magnetico -Bobine di gradiente - Selezione di una slice in un piano qualunque - Impulsi selettivi Schemi temporali di impulsi e gradienti - Metodo di proiezione e ricostruzione - Metodo di spin-warp - Teoria generalizzata dell' imaging - Definizione del vettore k e lunghezza d'onda associata - Campionatura delle spazio k. Deduzione delle equazioni per le sequenze di imaging. Misura di T2 - Sequenze Spin-Echo pesate in T1 e T2 Misura di T1 - Sequenza Saturation Recovery - Sequenze multislice. Rilassotomografia . Agenti di contrasto Caratteristiche degli agenti di contrasto per MR Imaging - Dipendenza di 1/T1 e 1/T2 da parametri dell' agente di contrasto - Esempi di applicazione in Imaging Funzionale - Misura della costante di autodiffusione dell'acqua in sistemi confinati mediante NMR - Esempi di applicazione in medicina - Esempi di applicazione di NMR nello studio dei fluidi nei Mezzi Porosi - Applicazioni ai Beni Culturali.

MODULO 2

Funzionamento dello spettrometro NMR e rivelazione del segnale. Analisi di Fourier  Serie di Fourier - Trasformata di Fourier - dualita' tempo-frequenza - Trasformata del Free Induction Decay - Schema a blocchi di uno spettrometro-rilassometro NMR - Il magnete - Il trasmettitore - il sintetizzatore rf - il commutatore di fase - Il segnale di riferimento - Impulsi selettivi, non selettivi, composti, formati  - Il probe - le bobine - il condensatore di matching - il condensatore di tuning  - Il preamplificatore  - il ricevitore  - Tecnica eterodina - Rivelazione in fase 

Prove di laboratorio.  Misure rilassometriche mediante Rilassometri per misure in laboratorio ed in situ - Misura mediante IR e CPMG di campioni di tessuti biologici - Elaborazione dati mediante analisi a distribuzione quasi-continua di tempi di rilassamento di rilassamenti multiesponenziali - Discussione sulla possibilità di aumentare il contrasto sfruttando i diversi tempi di rilassamento dei tessuti. - Misura mediante CPMG di una serie di campioni a diversa concentrazione di agente di contrasto: elaborazione dati e calcolo della rilassività -  Realizzazione di immagini NMR mediante ARTOSCAN - Immagini assiali, coronali, sagittali - Ottenimento di immagini con sequenze diverse di impulsi e gradienti - Aumento del contrasto: confronto tra  immagini in densità protonica, pesate in T1 e pesate in T2 

Testi/Bibliografia

appunti delle lezioni, dispense del docente e materiale didattico vario

Metodi didattici

Oltre alle lezioni frontali, verranno svolte esercitazioni di laboratorio (2 CFU), con rilassometri di laboratorio e per analisi in situ e con un tomografo, che permetteranno allo studente di familiarizzare con i concetti di base dell' NMR, di comprendere gli ambiti di applicabilita' e le peculiarita' delle indagini NMR per la Diagnostica Medica e per i Beni Culturali, e di acquisire manualita' nella acquisizione ed elaborazione di dati ed immagini a Risonanza Magnetica Nucleare.

Strumenti a supporto della didattica

lezioni in aula e prove di laboratorio

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paola Fantazzini

Consulta il sito web di Villiam Bortolotti