La storia della risonanza magnetica: dalla fisica quantistica alla diagnostica per immagini

Nella diagnostica per immagini, la tecnologia più avanzata ed usata è la risonanza magnetica (RM), capace di fornire immagini dettagliate e non invasive del corpo umano. Il suo sviluppo è però molto recente, con radici nella fisica quantistica del XX secolo.

Il momento magnetico e la meccanica quantistica

In seguito alla scoperta dei nuclei atomici, in particolare quelli dell’idrogeno, si capì che essi possedevano il cosiddetto “momento magnetico”, ovvero una sorta di piccolissimo magnete naturale. Questa caratteristica viene accentuata quando i nuclei sono immersi in un forte campo magnetico, facendoli allineare tra di loro secondo l’intensità del campo stesso.

La meccanica quantistica è la scienza in grado di studiare questi comportamenti e a partire dagli anni ’30 e ’40 fisici come Isidor Rabi iniziarono a sperimentare differenti tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR). Nel 1946, Felix Bloch e Edward Purcell ricevettero il Nobel per aver dimostrato che era possibile misurare le proprietà magnetiche dei nuclei – un traguardo fondamentale per la futura applicazione in medicina.

Dagli esperimenti in laboratorio alla diagnostica clinica

Nel 1971, il chimico Paul Lauterbur, alla Stony Brook University, sperimentò l’utilizzo di gradienti di campo magnetico in tutte e tre le dimensioni, uniti a una tecnica di retroproiezione per generare immagini. Le prime immagini prodotte erano semplici – due tubi d’acqua – ma furono rivoluzionarie e pubblicate sulla rivista Nature. Seguì la fotografia di un’organismo vivente, una vongola, e nel 1974 Lauterbur riuscì a visualizzare persino la cavità toracica di un topo. Questa tecnica venne chiamata "zeugmatografia", termine poi sostituito da quello che oggi conosciamo come imaging a risonanza magnetica.

Alla fine degli anni ’70, insieme al fisico Peter Mansfield, Lauterbur contribuì a sviluppare metodiche avanzate come l’imaging eco-planare (EPI), che permisero una generazione più rapida e precisa delle immagini. I loro lavori gettarono le basi per l'applicazione clinica della RM, e nel 2003 i due scienziati vennero insigniti del Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina per le loro “scoperte sull'imaging a risonanza magnetica”.

Come funziona la risonanza magnetica?

Il principio base è sorprendente: in un campo magnetico molto potente, i nuclei di idrogeno del nostro corpo (contenuti in grande quantità nell’acqua e quindi nei tessuti) vengono “eccitati” tramite impulsi di radiofrequenza. Quando tornano al loro stato di equilibrio, emettono segnali che possono essere rilevati e trasformati in immagini.

Il risultato? Immagini ad altissima risoluzione di organi interni, tessuti molli, articolazioni, cervello e midollo spinale, il tutto senza radiazioni ionizzanti dannose per il corpo, a differenza di TAC e radiografie.

Dal punto di vista tecnico, si parla di RM ad alto campo fino a 1.5 Tesla di potenza, mentre quelle a campo ultraelevato arrivano fino a 3 Tesla, garantendo una straordinaria risoluzione spaziale e di contrasto nelle immagini tridimensionali.

Un’evoluzione continua: RM funzionale, spettroscopia, e intelligenza artificiale

Le RM funzionali (fMRI) permettono di studiare l’attività cerebrale in tempo reale, la spettroscopia RM analizza la composizione chimica dei tessuti, e l’integrazione con sistemi di intelligenza artificiale consente diagnosi sempre più rapide e precise.

Nella seconda decade degli anni 2000, sono state introdotte sul mercato risonanze magnetiche di nuova generazione, capaci di offrire immagini ad altissima risoluzione, con una qualità, specificità e predittività diagnostica senza precedenti.
Grazie all’integrazione con intelligenza artificiale e software di ottimizzazione, questi dispositivi digitalizzati riducono i tempi di esame e di preparazione fino al 50%, migliorano il comfort del paziente – con macchinari meno rumorosi (fino all’80% in meno), tunnel più ampi, e persino la possibilità di restare parzialmente all’esterno durante l’acquisizione.

Esistono oggi risonanze magnetiche aperte per chi soffre di claustrofobia, e molti centri diagnostici offrono ambientazioni personalizzabili, con musica, illuminazione regolabile e climatizzazione controllata.