La Risonanza Magnetica Funzionale: aspetti teorici e pratici connessi con l'attività clinica e di Ricerca

Thesis’ aim was to provide a support to TSRM’s formation regarding fMRI techniques and to illustrate fMRI applications in clinic and Research contest highlighting advantages and boundaries. Thesis’ first portion focus on the history and the description of MRI imaging theoretical specifications, from signal development and different types of weights, explaining how gradients and k-space work. The second part deal with more fMRI specific aspects like BOLD signal and his resulting contrast. The contrast is not obtainable only through BOLD effect, even if it’s the most used method, but also with blood flow and volume variations or the double weight from Gradient-Echo and Spin-Echo sequences. In the third portion, the thesis focuses on fMRI acquisition protocols, from those with extern stimuli administration to those in resting state. Then we face pre-processing phases, like fMRI neural activity data overlapping over high-resolution sMRI images, describing some of the rising techniques like the “Ultra-High Field fMRI” and the “real-time fMRI neurofeedback”.

Scopo del lavoro svolto è fornire un supporto nella formazione dei TSRM circa le tecniche fMRI, e illustrare le loro applicazioni in nei contesti clinici e di Ricerca, evidenziandone vantaggi e limiti. La prima parte di tesi verte sulla storia e sulla descrizione delle specifiche teoriche dell’imaging RM, a partire dalla formazione del segnale ed i vari tipi possibili di “pesatura”, illustrando in breve i gradienti e il formalismo del k-spazio. La seconda parte si incentra sugli aspetti più specifici della Risonanza Magnetica funzionale, il segnale BOLD la tipologia di contrasto che ne deriva. Il contrasto non è soltanto ottenibile tramite l’effetto BOLD, che ad oggi rimane comunque il più utilizzato, ma anche su fattori quali le variazioni di flusso e volume ematico o la doppia pesatura della Gradient-Echo e della Spin- Echo. Nella terza parte il lavoro tratta dei protocolli di acquisizione fMRI, da quelli che prevedono la somministrazione di stimoli esterni a quelli in condizione di riposo. Viene poi affrontata la fase di elaborazione dei dati, la sovrapposizione delle immagini contenenti informazioni sull’attività neurale alle immagini strutturali usate come mappe ad alta risoluzione, descrivendo poi alcune delle tecniche emergenti attualmente in fase di sviluppo: la “Ultra-High Field fMRI” e la “fMRI con neuro-feedback in tempo reale”. L’ultima parte riassume i concetti espressi e si concentra sulla figura professionale del TSRM in fMRI e le sue possibilità di contributo nello sviluppo di nuove tecniche.