2 Principi fisici di fMRI.pdf - Benvenuti al Laboratorio di Biochimica ...
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2 - PRINCIPI FISICI DELLA RISONANZA<br />
MAGNETICA FUNZIONALE<br />
I cambiamenti dell’attività neur<strong>al</strong>e del cervello sono associati ai cambiamenti delle richieste<br />
energetiche: quanto maggiore è l’attività funzion<strong>al</strong>e <strong>di</strong> un <strong>di</strong>stretto cerebr<strong>al</strong>e, tanto maggiore sarà il<br />
suo metabolismo e conseguentemente le sue richieste energetiche aumenteranno.<br />
Una delle tecniche non invasive e più sofisticate che sfruttano le variazioni emo<strong>di</strong>namiche<br />
prodotte d<strong>al</strong>l’attività neuron<strong>al</strong>e per identificare le aree attivate del cervello è la risonanza magnetica<br />
funzion<strong>al</strong>e (<strong>fMRI</strong>).<br />
Questo metodo <strong>di</strong> indagine si basa sul cambiamento del segn<strong>al</strong>e MRI, in seguito <strong>al</strong>la risposta<br />
emo<strong>di</strong>namica e metabolica in una regione in cui si ha un’attivazione neuron<strong>al</strong>e indotta da stimoli<br />
interni o esterni. La risonanza magnetica (MRI) ha lo scopo <strong>di</strong> ottenere immagini dettagliate<br />
dell’anatomia cerebr<strong>al</strong>e sfruttando le proprietà nucleari <strong>di</strong> certi atomi in presenza <strong>di</strong> campi<br />
magnetici. Utilizzando opportune tecniche <strong>di</strong> acquisizione dei dati RM è possibile acquisire<br />
immagini che possono seguire lo svolgimento <strong>di</strong> <strong>al</strong>cuni fenomeni metabolici cerebr<strong>al</strong>i.<br />
Utilizzando questa metodologia è possibile:<br />
visu<strong>al</strong>izzare le variazioni dell’ossigenazione delle regioni cortic<strong>al</strong>i;<br />
ricostruire la mappa <strong>di</strong> attivazione del cervello per funzioni sensori<strong>al</strong>i, ment<strong>al</strong>i e motorie,<br />
con un’<strong>al</strong>ta risoluzione spazi<strong>al</strong>e.<br />
Cenni sul segn<strong>al</strong>e <strong>di</strong> risonanza magnetica. Il segn<strong>al</strong>e MRI nel norm<strong>al</strong>e uso clinico, deriva<br />
quasi interamente dai protoni dell’acqua contenuti nei tessuti. L’intensità dell’immagine <strong>di</strong>pende, in<br />
primo luogo, d<strong>al</strong>la densità dei protoni ma può essere profondamente influenzata d<strong>al</strong>l’ambiente<br />
loc<strong>al</strong>e delle molecole d’acqua. Ciascun protone possiede una carica elettrica ed ha la caratteristica<br />
<strong>di</strong> ruotare attorno <strong>al</strong> proprio asse, cioè possiede uno spin. Questa rotazione produce un <strong>di</strong>polo<br />
magnetico con orientamento par<strong>al</strong>lelo <strong>al</strong>l’asse del nucleo; t<strong>al</strong>e <strong>di</strong>polo è caratterizzato da un<br />
momento magnetico. In assenza <strong>di</strong> campo magnetico esterno, i <strong>di</strong>poli sono orientati casu<strong>al</strong>mente<br />
nello spazio. Quando il tessuto viene posizionato <strong>al</strong>l’interno <strong>di</strong> un campo magnetico statico (B0), i<br />
<strong>di</strong>poli magnetici dei protoni, nel giro <strong>di</strong> pochi secon<strong>di</strong>, si orienteranno secondo la sua <strong>di</strong>rezione,<br />
assumendo verso par<strong>al</strong>lelo (up) o antipar<strong>al</strong>lelo (down); t<strong>al</strong>e orientamento <strong>di</strong>pende d<strong>al</strong>l’energia dei<br />
nuclei stessi in quanto i versi up e down rappresentano due situazioni <strong>di</strong> livello energetico <strong>di</strong>verse.<br />
In particolare il livello up richiede minor energia da parte dei protoni rispetto a quello down; quin<strong>di</strong><br />
il verso antipar<strong>al</strong>lelo è meno probabile poiché necessita <strong>di</strong> maggior energia da parte dei protoni.<br />
L’insieme dei nuclei formerà una magnetizzazione netta M0 , avente come <strong>di</strong>rezione e verso quello<br />
del campo magnetico statico e come risultante la somma vettori<strong>al</strong>e tra i nuclei. Aumentando<br />
l’intensità <strong>di</strong> B0 cresce, proporzion<strong>al</strong>mente, anche quella del vettore M0 con conseguente aumento<br />
della quantità del segn<strong>al</strong>e utile per le immagini RM. Inoltre t<strong>al</strong>i nuclei, che già possiedono un<br />
movimento <strong>di</strong> rotazione, acquistano un <strong>al</strong>tro moto rotazion<strong>al</strong>e lungo la superficie <strong>di</strong> un cono ide<strong>al</strong>e<br />
attorno <strong>al</strong> proprio asse. T<strong>al</strong>e movimento, detto <strong>di</strong> “precessione”, è rappresentato da una costante<br />
caratteristica per ogni specie nucleare; questa costante viene detta “rapporto giromagnetico” (γ). La<br />
frequenza <strong>di</strong> precessione ω dei nuclei è <strong>di</strong>rettamente proporzion<strong>al</strong>e <strong>al</strong>l’intensità del campo<br />
magnetico statico B0 nel qu<strong>al</strong>e i nuclei sono immersi secondo la legge <strong>di</strong> Larmor (ω=γ B0); i nuclei<br />
che noi consideriamo sono i protoni (H + ) dell’atomo <strong>di</strong> idrogeno ( 1 H) del tessuto biologico da<br />
esaminare.<br />
La con<strong>di</strong>zione in<strong>di</strong>spensabile affinché si verifichi il fenomeno della risonanza magnetica è che<br />
deve essere inviata un’onda a RF specifica, cioè a frequenza ugu<strong>al</strong>e a quella <strong>di</strong> precessione dei<br />
protoni <strong>di</strong> H secondo la legge <strong>di</strong> Larmor ω=γ B0. In questo modo si produce un’eccitazione sul<br />
sistema protonico; l’energia fornita <strong>al</strong> tessuto d<strong>al</strong>l’impulso <strong>di</strong> eccitazione a ra<strong>di</strong>ofrequenza (RF) sarà<br />
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tanto maggiore quanto più lunga è la durata dell’impulso stesso. I nuclei risentono della transizione<br />
energetica, e quin<strong>di</strong> perdono la loro situazione <strong>di</strong> equilibrio.<br />
L’impulso <strong>di</strong> eccitazione a RF ha due funzioni:<br />
fornire l’energia necessaria ai protoni per <strong>al</strong>linearsi in modo perpen<strong>di</strong>colare <strong>al</strong>la<br />
<strong>di</strong>rezione del campo statico B0;<br />
ri<strong>al</strong>lineare le fasi <strong>di</strong> oscillazione <strong>di</strong> precessione dei singoli protoni.<br />
Al cessare dell’impulso <strong>di</strong> eccitazione a RF, il sistema protonico si trova in una situazione <strong>di</strong><br />
non equilibrio, dovuta <strong>al</strong>la quantità <strong>di</strong> energia assorbita e ad un conseguente aumento dell’energia<br />
potenzi<strong>al</strong>e che genera instabilità e tendenza <strong>al</strong> ripristino delle con<strong>di</strong>zioni inizi<strong>al</strong>i. All’eccitazione<br />
protonica segue quin<strong>di</strong> una fase durante la qu<strong>al</strong>e gli spin tenderanno a liberarsi dell’energia in<br />
sovrappiù fino a tornare nella con<strong>di</strong>zione inizi<strong>al</strong>e che è assai più stabile e più probabile.<br />
La magnetizzazione ritorna <strong>al</strong> suo equilibrio secondo un processo <strong>di</strong> deca<strong>di</strong>mento con<br />
andamento esponenzi<strong>al</strong>e nel tempo. Il vettore magnetizzazione precessa nel piano perpen<strong>di</strong>colare<br />
<strong>al</strong>la <strong>di</strong>rezione del campo magnetico statico, decadendo esponenzi<strong>al</strong>mente con una costante <strong>di</strong> tempo<br />
detta <strong>di</strong> “rilassamento trasvers<strong>al</strong>e” T2 (Figura 1); questo meccanismo è dovuto <strong>al</strong>la <strong>di</strong>spersione <strong>di</strong><br />
fase “incoerente”, dovuta <strong>al</strong>l’interazione spin-spin.<br />
Figura 1: rappresentazione grafica, per <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> tessuto, del fenomeno del deca<strong>di</strong>mento (rilassamento)<br />
trasvers<strong>al</strong>e del vettore magnetizzazione, che avviene con costante <strong>di</strong> tempo T2.<br />
Inoltre se le particelle paramagnetiche producono una variazione spazi<strong>al</strong>e (<strong>di</strong>somogeneità) del<br />
campo magnetico statico B0 nell’oggetto, si verifica un’ulteriore <strong>di</strong>spersione <strong>di</strong> fase (oltre a quella<br />
dovuta <strong>al</strong>l’interazione spin-spin) che produce un ancor più rapido deca<strong>di</strong>mento del segn<strong>al</strong>e. La<br />
costante <strong>di</strong> tempo relativa a questo rilassamento trasvers<strong>al</strong>e ad<strong>di</strong>zion<strong>al</strong>e è in<strong>di</strong>cata con T2 ' . Questi<br />
due effetti producono il fenomeno del deca<strong>di</strong>mento trasvers<strong>al</strong>e complessivo, la cui costante <strong>di</strong><br />
tempo T2 * v<strong>al</strong>e:<br />
1<br />
T<br />
∗<br />
2<br />
1<br />
=<br />
T<br />
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2<br />
1<br />
+<br />
T<br />
Infine, la magnetizzazione ritorna <strong>al</strong> suo stato <strong>di</strong> equilibrio <strong>al</strong>lineandosi <strong>al</strong>la <strong>di</strong>rezione del<br />
campo magnetico statico B0 con una costante <strong>di</strong> tempo detta <strong>di</strong> “rilassamento longitu<strong>di</strong>n<strong>al</strong>e” T1<br />
(Figura 2):<br />
'<br />
2
Figura 2: rappresentazione grafica, per <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> tessuto, del fenomeno del deca<strong>di</strong>mento (rilassamento)<br />
longitu<strong>di</strong>n<strong>al</strong>e del vettore magnetizzazione, che avviene con costante <strong>di</strong> tempo T1.<br />
Il segn<strong>al</strong>e <strong>fMRI</strong>. L’aumento dell’attività elettrica neuron<strong>al</strong>e ha come conseguenza una<br />
maggiore richiesta da parte dei neuroni <strong>di</strong> energia, con conseguente maggior necessità <strong>di</strong> ossigeno<br />
(e <strong>di</strong> glucosio). Questo fenomeno causa una variazione del segn<strong>al</strong>e MRI attorno ai vasi che irrorano<br />
la corteccia. Durante un aumento dell’attività cerebr<strong>al</strong>e, quin<strong>di</strong>, si ha un aumento loc<strong>al</strong>izzato del<br />
flusso sanguigno, con conseguente aumento loc<strong>al</strong>e della quantità <strong>di</strong> ossigeno. La molecola<br />
trasportatrice dell’ossigeno è l’emoglobina (Hb). Nello stato inattivo, le cellule nervose prelevano<br />
una certa quantità <strong>di</strong> ossigeno d<strong>al</strong>l’emoglobina ossigenata (ossiemoglobina, HbO2), che quin<strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>viene emoglobina deossigenata (deossiemoglobina, Hbr). Nello stato attivo la richiesta, da parte<br />
dei neuroni, <strong>di</strong> ossigeno aumenta e quin<strong>di</strong> il flusso sanguigno porterà una quantità <strong>di</strong> emoglobina<br />
ossigenata maggiore rispetto <strong>al</strong>lo stato inattivo. Nelle aree attivate, quin<strong>di</strong>, ci sarà un netto aumento<br />
della concentrazione <strong>di</strong> ossiemoglobina (Figura 3).<br />
Sebbene l’aumento region<strong>al</strong>e del flusso sanguigno sia un in<strong>di</strong>catore dell’aumento dell’attività<br />
elettrica cerebr<strong>al</strong>e, non è ancora chiaro il meccanismo legato <strong>al</strong> controllo della richiesta <strong>di</strong> un<br />
maggiore flusso sanguigno. Le ipotesi più probabili sono:<br />
il rilascio, da parte dei neuroni, <strong>di</strong> vari fattori chimici che agiscono come me<strong>di</strong>atori <strong>di</strong><br />
tipo biometabolico come per esempio l’ossido nitrico, l’adenosina, gli ioni idrogeno o<br />
potassio;<br />
il rilascio, da parte dei neuroni, <strong>di</strong> opportuni neurotrasmettitori;<br />
una innervazione <strong>di</strong>retta che parte dai neuroni e raggiunge la muscolatura vascolare.<br />
Figura 3: aumento region<strong>al</strong>e del flusso sanguigno dovuto ad un aumento dell’attività neuron<strong>al</strong>e-sinaptica region<strong>al</strong>e,<br />
con conseguente aumento loc<strong>al</strong>e della concentrazione <strong>di</strong> ossiemoglobina (risposta emo<strong>di</strong>namica).<br />
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Stato bas<strong>al</strong>e:<br />
Flusso norm<strong>al</strong>e;<br />
Livello bas<strong>al</strong>e <strong>di</strong> HbO2;<br />
Volume del sangue (CBV) bas<strong>al</strong>e;<br />
Segn<strong>al</strong>e MRI norm<strong>al</strong>e;<br />
Stato attivato:<br />
Aumento del flusso;<br />
Aumento della concentrazione <strong>di</strong> HbO2;<br />
Aumento <strong>di</strong> CBV;<br />
Aumento del segn<strong>al</strong>e MRI.<br />
L’emoglobina ossigenata e la non ossigenata hanno proprietà magnetiche <strong>di</strong>verse, in<br />
particolare l’ossiemoglobina è <strong>di</strong>amagnetica e la deossiemoglobina è paramagnetica. La presenza<br />
della Hbr paramagnetica causa la <strong>di</strong>storsione del campo magnetico statico B0; gli spins in un campo<br />
magnetico non uniforme (<strong>di</strong>somogeneo) precessano a frequenze <strong>di</strong>verse causando una maggiore<br />
<strong>di</strong>spersione <strong>di</strong> fase e perciò un deca<strong>di</strong>mento trasvers<strong>al</strong>e più rapido del segn<strong>al</strong>e MRI. Questo effetto,<br />
responsabile delle variazioni dei segn<strong>al</strong>i MRI, è detto segn<strong>al</strong>e BOLD (blood oxygenation level<br />
dependent) [Ogawa, 1998].<br />
La variazione dell’ossigenazione nel sangue causa una variazione del parametro T2* (costante<br />
<strong>di</strong> tempo che tiene conto del deca<strong>di</strong>mento trasvers<strong>al</strong>e della magnetizzazione dovuta sia <strong>al</strong> campo<br />
magnetico non omogeneo che <strong>al</strong>l’interazione spin-spin) che a sua volta porta ad una variazione<br />
dell’intensità dell’immagine T2*-weighted (Figura 4).<br />
Figura 4: rappresentazione grafica dell’effetto BOLD.<br />
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La tabella 1 mostra come variano i parametri in seguito ad una attivazione cortic<strong>al</strong>e:<br />
Parametri MR Variazione<br />
Flusso sanguigno ↑↑↑<br />
Consumo <strong>di</strong> O2 ↑<br />
Livello <strong>di</strong> O2 nel sangue ↑↑<br />
Livello <strong>di</strong> deossiemoglobina ↓↓<br />
Distorsione <strong>di</strong> B0 ↓↓<br />
Dispersione <strong>di</strong> fase <strong>di</strong> M ↓↓<br />
Velocità effettiva del deca<strong>di</strong>mento (1/T2 * ) ↓↓<br />
Segn<strong>al</strong>e T2 * - weighted ↑↑<br />
Tabella 1: variazione dei parametri MR in seguito ad una attivazione cortic<strong>al</strong>e.<br />
La <strong>fMRI</strong> non produce immagini <strong>di</strong>rette <strong>di</strong> quello che avviene nel cervello. Questo non solo<br />
perché queste immagini raffigurano un effetto in<strong>di</strong>retto (risposta emo<strong>di</strong>namica) dell’attività<br />
neuron<strong>al</strong>e (che è molto più rapida), ma anche perché queste immagini, più che delle istantanee,<br />
sono in re<strong>al</strong>tà delle mappe <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione statistica <strong>di</strong> questo effetto in<strong>di</strong>retto su tutto il cervello.<br />
In un esperimento <strong>di</strong> <strong>fMRI</strong> con un campo <strong>di</strong> 1.5 T, l’effetto BOLD (Figura 5) determina,<br />
infatti, una variazione del segn<strong>al</strong>e ricevuto dell’or<strong>di</strong>ne del 5-8%, ancora troppo debole per poter<br />
essere sicuri <strong>di</strong> riconoscerlo nell’evento singolo.<br />
Figura 5: andamento tempor<strong>al</strong>e del segn<strong>al</strong>e BOLD.<br />
Durante una sessione d’esame, perciò, vengono acquisite immagini funzion<strong>al</strong>i in assenza <strong>di</strong><br />
stimoli, che serviranno come immagini <strong>di</strong> controllo (livello bas<strong>al</strong>e, <strong>di</strong> riposo del segn<strong>al</strong>e BOLD);<br />
inoltre, durante il periodo <strong>di</strong> acquisizione, vengono presentati degli stimoli che possono essere:<br />
sensori<strong>al</strong>i o task motori o cognitivi. Lo stesso task viene ripetuto perio<strong>di</strong>camente in modo da poter<br />
fare una me<strong>di</strong>a statistica <strong>di</strong> tutti i v<strong>al</strong>ori delle immagini relativi <strong>al</strong>l’attivazione. L’immagine fin<strong>al</strong>e si<br />
ottiene facendo una sottrazione me<strong>di</strong>ata tra l’immagine acquisita durante la presentazione dello<br />
stimolo e l’immagine acquisita durante l’assenza <strong>di</strong> stimoli. In questo modo si ottiene un’immagine<br />
statistica parametrica, che va poi sovrapposta <strong>al</strong>l’immagine anatomica (Figura 6).<br />
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Figura 6: rappresentazione grafica <strong>di</strong> come si ottiene la mappa dei parametri statistici, cioè l’immagine statistica<br />
parametrica (sottrazione me<strong>di</strong>ata tra l’immagine acquisita durante la presentazione dello stimolo e<br />
l’immagine acquisita durante l’assenza <strong>di</strong> stimoli), che viene poi sovrapposta <strong>al</strong>l’immagine anatomica per<br />
ricavare l’immagine fin<strong>al</strong>e.<br />
Il rumore. La <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> suscettibilità magnetica tra il sangue tot<strong>al</strong>mente ossigenato e<br />
quello deossigenato è molto piccola (circa 0.002 10 -6 unità cgs); <strong>di</strong> conseguenza, nella tecnica<br />
BOLD, i cambiamenti <strong>di</strong> intensità sono gener<strong>al</strong>mente piccoli. Le prove speriment<strong>al</strong>i hanno<br />
<strong>di</strong>mostrato che la variazione nel tasso <strong>di</strong> rilassamento T2* associato <strong>al</strong>la <strong>di</strong>minuzione del segn<strong>al</strong>e,<br />
aumenta <strong>al</strong>l’aumentare del campo magnetico statico B0 dello scanner.<br />
Da ciò si deduce che sarebbe conveniente aumentare il campo magnetico statico per ottenere<br />
una migliore visu<strong>al</strong>izzazione e per migliorare il rapporto segn<strong>al</strong>e rumore (SNR), che è <strong>di</strong>rettamente<br />
proporzion<strong>al</strong>e <strong>al</strong>l’intensità del campo statico.<br />
Il rumore nelle immagini <strong>fMRI</strong> è dovuto a <strong>di</strong>versi fattori qu<strong>al</strong>i:<br />
il rumore termico dovuto <strong>al</strong> soggetto;<br />
le bobine <strong>di</strong> ricezione;<br />
i pre-amplificatori e gli <strong>al</strong>tri componenti elettronici;<br />
il rumore <strong>di</strong> quantizzazione nel convertitore A/D;<br />
il ciclo car<strong>di</strong>aco e respiratorio;<br />
i movimenti della testa;<br />
eventi neuron<strong>al</strong>i spontanei e incontrollati.<br />
Le soluzioni hardware per ridurre il rumore sono:<br />
1) usare speci<strong>al</strong>i bobine <strong>di</strong> ricezione, ad esempio re<strong>al</strong>izzate per ricevere segn<strong>al</strong>i da parti<br />
specifiche del cervello;<br />
2) usare <strong>al</strong>ti campi magnetici statici, che aumentano la magnetizzazione e <strong>di</strong> conseguenza<br />
aumentano la non uniformità del campo dovuta <strong>al</strong>l’effetto paramagnetico della<br />
deossiemoglobina.<br />
Si possono avere <strong>di</strong>verse soluzioni per migliorare il rapporto segn<strong>al</strong>e rumore; un possibile<br />
modo, ad esempio, può essere quello <strong>di</strong> ridurre la risoluzione spazi<strong>al</strong>e aumentando la <strong>di</strong>mensione<br />
dei singoli voxel ma ciò porta a modesti miglioramenti dei dati <strong>fMRI</strong>; l’<strong>al</strong>tro modo è aumentare il<br />
campo magnetico statico B0.<br />
Per minimizzare gli effetti indesiderati del ciclo car<strong>di</strong>aco, respiratorio e dei movimenti della<br />
testa si usa una tecnica <strong>di</strong> acquisizione rapida come l’echo-planar imaging (EPI) [Bandettini, 1992];<br />
l’acquisizione rapida permette <strong>di</strong> “congelare” i movimenti fisiologici: in questo modo il loro<br />
contributo sull’immagine <strong>di</strong>venta inconsistente.<br />
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Registrazione dei dati <strong>fMRI</strong>. I dati <strong>fMRI</strong> sono una serie tempor<strong>al</strong>e <strong>di</strong> immagini (2D o 3D);<br />
queste sono combinate con la conoscenza degli stimoli presentati <strong>al</strong> soggetto durante un run <strong>di</strong><br />
acquisizione. È necessario utilizzare <strong>al</strong>meno 2 stimoli <strong>di</strong>versi in modo da evocare <strong>di</strong>fferenti risposte<br />
neuron<strong>al</strong>i. Esistono varie tecniche per ottenere una mappa <strong>di</strong> attivazione funzion<strong>al</strong>e da questi dati;<br />
prima <strong>di</strong> applicarle, però, è necessario pre-processare i dati per minimizzare l’effetto delle sorgenti<br />
<strong>di</strong> rumore e l’effetto dei movimenti del soggetto.<br />
Il cambiamento del segn<strong>al</strong>e, perfino per piccoli movimenti (<strong>al</strong> <strong>di</strong> sotto <strong>di</strong> 1 mm), può essere<br />
maggiore del 5-8% della risposta BOLD a 1,5 T. Se il movimento del soggetto avviene nello stesso<br />
istante dello stimolo, la variazione del segn<strong>al</strong>e causa un aumento <strong>di</strong> “f<strong>al</strong>se attivazioni” rilevate.<br />
La registrazione spazi<strong>al</strong>e delle immagini acquisite, cioè il loro <strong>al</strong>lineamento, può essere fatta<br />
in 2D (slice per slice) o in 3D (volumetrica). In 2D i movimenti rigi<strong>di</strong> sono descritti con tre<br />
parametri: x-traslazione, y-traslazione e rotazione. In 3D i movimenti rigi<strong>di</strong> sono descritti da sei<br />
parametri: traslazione e rotazione rispetto a tutti e 3 gli assi. In gener<strong>al</strong>e si preferisce usare una<br />
registrazione 3D, dato che il movimento del soggetto avviene in ogni <strong>di</strong>rezione dello spazio.<br />
La tecnica più comunemente utilizzata per ridurre i movimenti della testa del soggetto è quella<br />
<strong>di</strong> registrare le immagini (2D o 3D) confrontandole con un’ immagine <strong>di</strong> base e quin<strong>di</strong> stimare lo<br />
spostamento (rotazione e traslazione) rispetto <strong>al</strong>l’immagine <strong>di</strong> base. Successivamente ogni<br />
immagine viene ricampionata in modo da ottenere una nuova matrice che è <strong>al</strong>lineata con<br />
l’immagine <strong>di</strong> base. Questo metodo non elimina completamente l’effetto del movimento della testa<br />
(è infatti impossibile stimare tutti i parametri del movimento in modo accurato).<br />
Un <strong>al</strong>tro effetto dovuto <strong>al</strong> movimento è la lenta deriva, nella serie tempor<strong>al</strong>e, dell’intensità del<br />
segn<strong>al</strong>e sul tempo <strong>di</strong> scanning; anche questo effetto è risolvibile parzi<strong>al</strong>mente nella fase <strong>di</strong> preprocessing<br />
dei dati acquisiti.<br />
Un’<strong>al</strong>tra sorgente <strong>di</strong> rumore è la <strong>di</strong>storsione <strong>di</strong> fase nelle immagini echo-planar (EPI); questa<br />
<strong>di</strong>pende d<strong>al</strong>la non uniformità del campo magnetico causato d<strong>al</strong>le <strong>di</strong>verse proprietà magnetiche loc<strong>al</strong>i<br />
del tessuto. Il modo migliore per risolvere questo problema è quello <strong>di</strong> acquisire una “mappa del<br />
campo magnetico” usando una sequenza MRI specifica.<br />
Altre sorgenti rumorose sono i cicli car<strong>di</strong>aci e respiratori. Il ciclo car<strong>di</strong>aco varia la velocità del<br />
flusso sanguigno nelle varie slices e questo causa una variazione del livello <strong>di</strong> magnetizzazione<br />
longitu<strong>di</strong>n<strong>al</strong>e <strong>di</strong>sponibile per la conversione in magnetizzazione trasvers<strong>al</strong>e. Le sorgenti <strong>di</strong> rumore<br />
<strong>di</strong> natura fisiologica possono essere filtrate; l’approccio più semplice per fare ciò è quello <strong>di</strong><br />
misurare (o stimare) le frequenze del ciclo respiratorio e/o car<strong>di</strong>aco e poi eliminare, d<strong>al</strong>le serie<br />
tempor<strong>al</strong>i acquisite, tutti i dati relativi a queste frequenze. Lo svantaggio <strong>di</strong> questo metodo è il<br />
fenomeno <strong>di</strong> <strong>al</strong>iasing che rende impossibile <strong>di</strong>stinguere, in dati campionati, frequenze che<br />
<strong>di</strong>fferiscono <strong>di</strong> multipli <strong>di</strong> (∆t) -1 , dove ∆t è l’interv<strong>al</strong>lo <strong>di</strong> campionamento. Un modo per evitare il<br />
problema è quello <strong>di</strong> misurare le frequenze dei cicli respiratorio e car<strong>di</strong>aco e fissare poi il TR<br />
(tempo <strong>di</strong> ripetizione) della sequenza <strong>di</strong> acquisizione utilizzata, in modo da evitare l’<strong>al</strong>iasing vicino<br />
<strong>al</strong>le frequenze dello stimolo. Un modo più complesso per filtrare il rumore fisiologico, prevede <strong>di</strong><br />
misurare il ciclo car<strong>di</strong>aco e respiratorio per tutta la durata dell’esperimento e <strong>al</strong>la fine sottrarre le<br />
componenti dei dati che sono correlate con la misura dei cicli fisiologici.<br />
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