RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR Y FUNCIONAL
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May 9, 2006, 7:25:00 PM5/9/06
to Electromagnetismo
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR Y RESONANCIA
MAGNÉTICA FUNCIONAL
Natalia Godoy Montoya, Marcela Montoya Mesa
Programa de Ingeniería Biomédica
Escuela de Ingeniería de Antioquia - Instituto de Ciencias de la Salud
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
1. GENERALIDADES
Permite obtener imágenes de los órganos internos del cuerpo de forma
incruenta (no
invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del
espacio. Con esta técnica
es fácil diferenciar la sustancia gris de la blanca, lo cual da como
resultado un excepcional
detalle anatómico. Es a la vez un método con gran resolución
espacial así como alta
sensibilidad para detectar los cambios anatómicos que ocurren en las
diferentes
enfermedades. Pueden añadirse contrastes paramagnéticos como el
gadolinio para
delimitar aún más las estructuras y partes del cuerpo a estudiar. En
las imágenes
obtenidas por Resonancia Magnética el color blanco indica alta
intensidad de señal, el
negro representa vacío o señal débil y la gama de grises muestra
todas las señales
intermedias.
2. QUE ES LA RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR
La resonancia magnética nuclear (RMN) es un procedimiento de
diagnóstico por
imágenes, que utiliza una combinación de imanes grandes,
radiofrecuencias y una
computadora para producir imágenes detalladas de los órganos y las
estructuras dentro
del cuerpo. También se puede estudiar la composición química de los
tejidos mediante la
señal de radiofrecuencia producida por otros átomos (fósforo,
nitrógeno, oxigeno, etc), lo
que se denomina espectroscopia por RM.
3. PRINCIPIO FISICO DE LA TÉCNICA
La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) tiene como fundamento la
absorción de
energía (radio frecuencias) por un núcleo magnéticamente activo, con
número impar
de protones, que está orientado en el seno de un campo magnético, y
que por efecto
de esa energía cambia su orientación; además estudia el
comportamiento de varios
núcleos atómicos, para el caso de las IRM se elige el átomo de
hidrogeno, ya que es el
mas abundante en el cuerpo humano. El átomo de H emite la mejor señal
de todos los
núcleos. Entre un número igual o diferente de núcleos en el mismo
campo magnético,
el H da la señal mas intensa. No podemos usar cualquier núcleo para
obtener
imágenes: Sólo podemos usar aquellos núcleos que:
·Tengan spin
·Un número impar de protones (o neutrones).
El primer requerimiento se explica así: Como los protones giran (por
un spin), su carga
eléctrica se mueve. Esta carga eléctrica es una corriente que induce
el campo magnético.
El segundo requerimiento se explica considerando al protón como un
pequeño imán. Si se
tiene un núcleo con un número impar de protones, por ejm tres, aunque
un par se unirá
neutralizándose el uno al otro, siempre queda un protón que mantiene
un campo
magnético.
Si se interpreta al núcleo en forma de vector, se ve que los núcleos,
al rotar, producen un
campo magnético orientado en su eje de rotación, si se considera un
tejido que contenga
protones sin someterse a un campo magnético y se pudiera observar se
vería que los
protones están orientados al azar, si se suman todos los vectores la
resultante seria cero
dentro del tejido.
Figura 1. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Si se somete el tejido a un campo magnético B0, los protones empiezan
a precesar.
4. ¿QUÉ ES LA PRECESIÓN?
Los protones cuando están en presencia de un campo magnético intenso
realizan un
movimiento de precesión, lo que indica que giran alrededor de un eje
formando un cono
y a la vez giran sobre si mismo.
Figura 2. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
La frecuencia de precesión puede calcularse con la ecuación de
Larmor:
W0 = γ B0 (1)
Donde:
W0: Es la frecuencia de precesión en (Hz o MHz)
B0: Es la intensidad del campo magnético externo, se mide en Tesla (T)
γ: Es la constante giromagnética. Esta constante es diferente para
cada elemento. (El valor
para el protón de H es de 42.5 MHz/T).
Los núcleos pueden orientarse al someterse a favor o en contra de B0,
estos núcleos se
orientan según la ley de Boltzman de equilibrio térmico, por lo que
siempre habrá mas
núcleos orientados a favor que en contra (1+ f(Y.B/T).
Figura 3. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
5. OBTENCION DE LAS IMÁGENES
Una vez colocado el paciente dentro del equipo, se le envía una onda
de radio, la cual
describe una onda electromagnética que esta en el rango de frecuencias
de las ondas de la
radio. Lo que se le envía al paciente no es una onda de larga
duración, sino un pulso corto
de algunas ondas electromagnéticas que se llama pulso de radio
frecuencia (RF), el
propósito de este pulso es perturbar a los protones que están
precesando tranquilamente,
alineados en el campo magnético externo; se necesita de un pulso de RF
especial, que
pueda intercambiar energía con los protones. Los protones tienen la
frecuencia de
precesión, que puede calcularse por la ecuación de Larmor, esta nos
da la frecuencia
necesaria del pulso de RF que se envía. Solamente cuando el pulso de
RF y los protones
tienen la misma frecuencia pueden captar algo de energía los protones
de la onda de
radio, fenómeno llamado resonancia de aquí el nombre de resonancia
magnética.
6. SISTEMA DE COORDENADAS
Se puede utilizar un sistema de coordenadas convencional; el eje Z se
encuentra en la
dirección de las líneas del campo magnético y como tal se puede
representar. Los
protones se pueden representar como vectores que indican la intensidad
o la fuerza del
campo magnético (Figura 4b). La precesión es muy rápida, la
frecuencia de precesión para
los protones de hidrógenos es alrededor de 42 MHz en un campo
magnético de una
intensidad o fuerza de 1 Tesla, esto significa que los protones
precesan a través del cono
mas de 42 millones de veces por segundo.
Figura 4. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El resultado es muy importante: fuerzas magnéticas en direcciones
opuestas se cancelan
unas a otras, finalmente para cada protón orientado hacia abajo hay
otro orientado hacia
arriba cancelando sus efectos magnéticos (Figura 5), pero hay mas
protones orientados
hacia arriba que hacia abajo, y las fuerzas magnéticas de estos
protones no se cancelan por
otras, por lo que quedan algunos protones orientados hacia arriba.
Figura 5. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Sin embargo, no solamente las fuerzas magnéticas orientadas hacia
arriba y hacia abajo
pueden cancelarse o neutralizarse unas a otras, sino que también, al
igual que hay
protones orientados hacia arriba, los hay orientados hacia la derecha,
con su
correspondiente a la izquierda, o uno orientado hacia delante y otro
hacia atrás. Esto
significa que las fuerzas magnéticas opuestas de los protones
restantes se cancelan unas a
otras en esas direcciones. Esto se cumple para todas, salvo en la
dirección del eje Z a lo
largo del campo magnético externo (Figura 6). En esta dirección los
vectores solitarios
suman sus fuerzas magnéticas, el resultado final es un vector
magnético en la dirección
del campo magnético externo, como se puede ver en la figura 6 la
flecha en el eje Z, que es
el resultado de la suma de los vectores magnéticos de los protones
orientados hacia
arriba. Significa que al colocar a un paciente en el imán de la unidad
de RM o en cualquier
otro campo magnético intenso, el propio paciente se magnetiza o sea
que adquiere su
propio campo magnético, por que los vectores de los protones que no se
cancelan unos a
otros se suman (Figura 7). Como esta magnetización se encuentra en la
dirección a lo
largo/longitudinal al campo magnético externo, se llama magnetización
longitudinal. El
nuevo vector magnético resultante del paciente esta orientado en la
dirección del campo
magnético externo, a lo largo de sus líneas de campo, esto se
describe como dirección
longitudinal y es realmente este nuevo vector magnético el que puede
ser utilizado para
obtener la señal.
Figura 6. Schild, Hans H. IRM. Figura 7. Schild, Hans H. IRM.
7. ¿QUÉ PASA CON LOS PROTONES CUANDO SE EXPONEN A ESTE PULSO
DE RADIO FRECUENCIA (RF)?
Algunos de ellos captan energía y pasan de un estado de menor a otro
de mayor energía,
esto tiene efecto en la magnetización de los pacientes. Cuando los
protones están
orientados aleatoriamente, a izquierda / derecha, delante / detrás,
cancelan sus fuerzas
magnéticas en estas direcciones. Debido al pulso de RF, los protones
ya no se orientan
más en direcciones aleatorias, sino que se mueven todos al compás,
sincrónicamente, por
lo que se dice que están en “fase”, todos ellos se orientan en la
misma dirección, al mismo
tiempo, de aquí que sus vectores magnéticos se sumen en esta
dirección, esto da un vector
magnético orientado hacia el lado que señalan los protones y esta es
la dirección
transversa, por esto se llama magnetización transversal (Figura 8).
Figura 8. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El vector magnético debido a su movimiento y cambios constantes,
induce una corriente
eléctrica que induce el campo magnético del protón; un campo
magnético que se mueve
crea una corriente eléctrica, registrada en una antena.
8. PARTES FUNDAMENTALES DEL EQUIPO
Debido a que existe un gran número de sistemas de resonancia
magnética
comercialmente disponibles, hay una amplia variedad de características
que pueden
cambiar en cada uno de ellos. Muchas de esas características están
relacionadas con el
software operativo provisto por el fabricante, pero ciertos componentes
de hardware son
comunes a todos los sistemas dentro de estos componentes están:
8.1 IMÁN: El cual es superconductor en forma de túnel, es la parte
más importante, pues
tiene que ser lo suficientemente intenso para obtener la imagen de RM.
La intensidad del
campo se mide en Tesla o Gauss siendo: 1 Tesla = 10.000 Gauss.
La calidad del imán es la homogeneidad o uniformidad de su campo
magnético. El campo
magnético tiene que ser muy homogéneo, ya que directamente determina
la frecuencia de
precesión. La homogeneidad se expresa en término de ppm en un volumen
definido. La
homogeneidad del campo magnético puede mejorarse mediante ciertos
ajustes eléctricos
o mecánicos proceso llamado compensativo. Para corregir estas
distorsiones del campo
magnético se utilizan elementos pasivos (placas metálicas) y activos
(bobinas por las que
circulan corrientes eléctricas). Existen tres tipos de imanes que
producen campos
magnéticos diferentes:
Un imán, que actualmente es una bobina superconductora, que suministra
y crea el
campo magnético principal.
Imanes de campo magnético bajo: Campos menores a 0.5 T. Usualmente son
imanes
permanentes o electroimanes: Sus ventajas son que siempre está
magnetizado y nunca
utiliza energía para funcionar; sus posibles desventajas son: la
inestabilidad térmica, su
limitación de intensidad de campo magnético y su peso
(aproximadamente 100
toneladas). Los imanes permanentes tienen un costo de mantenimiento
mínimo debido a
que el campo siempre está presente.
Imanes resistivos o electroimanes: Se realizan con bobinas (espiral
metálico) de cobre de
diversas formas. En este caso, el campo magnético estará presente
mientras fluya
corriente eléctrica por la bobina. Por tanto utilizan una corriente
eléctrica. Como
presentan resistencia al paso de la corriente a su través, estos
imanes generan mucho calor
cuando funcionan y tienen que ser enfriados. Comparados con los imanes
permanentes
adquieren una mayor intensidad de campo.
Imanes de campo magnético medio: Campos mayores a 0.5 T y menores a 1
T.
Imanes de campo magnético alto: Campos mayores a 1 T. Son los más
utilizados
actualmente. Tanto éstos como los imanes de campo magnético medio
utilizan
electricidad pero emplean un conductor especial de la corriente; están
confeccionados con
solenoides superconductores de una aleación de niobio-titanio con la
cual no se opone
resistencia al flujo de corriente eléctrica cuando se encuentra a
temperaturas por debajo
de –2690C. Porque si esto llegará a pasar al enviar una corriente
eléctrica, esta fluiría
permanentemente, creando un campo magnético constante. Para lo cual se
utilizan los
llamados criógenos (helio nitrógeno) en los cuales están inmersos
los imanes. Las ventajas
de estos imanes son: La mayor intensidad de campo magnético y la
excelente
homogeneidad (del orden de 10 a 50 ppm sobre una región de 45 cm de
diámetro). Las
desventajas que tiene son: El alto costo y la necesidad de utilizar
criógenos, los cuales son
muy caros. Los altos campo magnéticos tienen una resolución espacial
mejor y pueden
utilizarse para espectroscopia. Los bajos campos por otra parte ofrecen
un mejor
contraste de tejidos, son más baratos en precio y en contrastes
operacionales.
8.2 OSCILADOR O GENERADOR DE RADIOFRECUENCIAS: El sistema transmisor
de radiofrecuencia es responsable de la generación y transmisión de
la energía de
radiofrecuencia utilizada para excitar los protones, cambiando la
orientación de los
núcleos.
El transmisor de radiofrecuencia contiene cuatro componentes
principales:
·Sintetizador de frecuencia.
·Envolvente digital de radiofrecuencia.
·Amplificador de potencia.
·Antena.
8.2.1 Sintetizador de frecuencia: La señal de radiofrecuencia que es
irradiada hacia el
paciente consta de dos partes; una frecuencia central o portadora y una
envolvente
discreta. El sintetizador de frecuencia produce la portadora, cuya
frecuencia se calcula a
partir de la ecuación de Larmor generalizada. Esta señal es mezclada
con la envolvente de
radiofrecuencia previamente a la amplificación.
8.2.2 Envolvente digital de radiofrecuencia: El envolvente de
radiofrecuencia usualmente
consiste de 512 puntos discretos. Dichos puntos digitales se convierten
al dominio
analógico antes de mezclar esta señal con la portadora. Se utilizan
dos clases de
envolvente de radiofrecuencia: los de banda angosta y los de banda
ancha. Los
envolventes de banda ancha (pulsos rectangulares) son de corta
duración y de amplitud
constante. Se utilizan normalmente para determinar la frecuencia de
resonancia del
paciente. Los envolventes de banda angosta no poseen amplitud constante
para todas las
frecuencias. El ancho de banda determina el espesor del corte
observado.
8.2.3 Amplificador de potencia: El amplificador de radiofrecuencia de
potencia es
responsable de la producción de la energía que excitará los
protones. Los amplificadores
utilizados en equipos de MRI pueden ser de estado sólido o valvular,
con potencias
típicas de 10 KW. La cantidad de potencia requerida para rotar los
protones desde su
posición de equilibrio depende de la intensidad del campo magnético
principal, de la
eficiencia de transmisión de la antena, de la duración del pulso
emitido y del ángulo de
excitación seleccionado.
8.2.4 Antena: Todos los equipos de medición por resonancia magnética
requieren una
antena (bobina) transmisora para irradiar las señales de
radiofrecuencia. La más utilizada
es una antena con forma de silla de montar. Este diseño sirve para dos
propósitos:
Producir una penetración uniforme de las señales de radiofrecuencia y
generar un campo
magnético (B1) perpendicular al campo principal (B0).
8.2.4.1 BOBINA DETECTORA: El sistema de adquisición de datos es el
encargado de
medir las señales provenientes de los protones y de digitalizarlas
para su procesamiento
posterior. Todos los sistemas de MRI utilizan una bobina receptora para
detectar los
voltajes inducidos por los protones luego del pulso de radiofrecuencia.
La forma y tamaño
exactos de las bobinas receptoras dependen del fabricante, pero su
campo de recepción
efectivo debe ser perpendicular al campo magnético principal (B0).
Nuevos tipos de
bobinas, conocidas como matrices de antenas en fase utilizan dos o más
pequeñas bobinas
de superficie para cubrir grandes áreas. Las señales producidas por
los protones son
usualmente del orden de los nV en amplitud y de los MHz en frecuencia.
Para procesar
estas señales se necesita amplificación.
8.2.4.2 BOBINAS DE VOLUMEN: Estas rodean completamente la parte del
cuerpo que
se desea estudiar. Estas bobinas de volumen deben ser del tamaño
aproximado del sujeto.
La bobina del cuerpo es una parte permanente del equipo. Es muy
importante, ya que
actúa como transmisora para todos los tipos de exámenes. También
recibe la señal cuando
se exploran zonas grandes del cuerpo.
8.2.4.3 BOBINAS DE COMPENSACIÓN: Sirven para compensar las
distorsiones del
campo magnético debidas a imperfecciones en la fabricación o
problemas locales.
8.2.4.4 BOBINAS DE GRADIENTES: Se utilizan para variar
sistemáticamente el campo
magnético, al producir campos electromagnéticos lineales adicionales,
permitiendo
seleccionar el corte y obtener la información espacial posible. Como
existen tres
dimensiones en el espacio, hay tres juegos de bobinas de gradientes.
Como estas bobinas
golpean contra el sistema de fijación, son las responsables del ruido
que se escucha dentro
del imán durante una exploración de RM.
8.2.4.5 BOBINA ANTENA O DE SUPERFICIE: Se colocan directamente en el
área de
interés y tiene formas diferentes en función de la parte a examinar.
Son bobinas
receptoras solamente de la señal que viene de los tejidos próximos a
ellas; las estructuras
profundas no pueden ser examinadas con estas bobinas. El pulso de
radiofrecuencia es
emitido en estos casos por la bobina de cuerpo.
8.3 UN SISTEMA INFORMATIZADO O COMPUTADORA: Gobierna todo el aparato e
incluye un sistema de amplificación y registro, al igual que un
ordenador para analizar las
ondas y representar la imagen. Cada sistema IRM tiene un mínimo de dos
computadoras.
La computadora principal ejecuta el software de interfase con el
usuario. Este programa
habilita al operador para controlar todas las funciones del scanner. Se
pueden seleccionar
o modificar parámetros, visualizar o guardar las imágenes de los
pacientes en distintos
medios, y realizar procesos posteriores sobre las imágenes. Se utiliza
un disco rígido para
guardar temporalmente las imágenes de los pacientes. Para el archivado
final se utilizan
CD-ROM y cintas magnéticas. Además, hay una computadora dedicada a
realizar la
transformada bidimensional de Fourier de los datos detectados.
8.4 UN REFRIGERADOR: Pues además de afectar la carga positiva de los
protones, el
electromagnetismo también genera una gran cantidad de calor, por lo
que estos equipos
cuentan con potentes sistemas refrigerantes. Esta refrigeración se
logra introduciendo, en
tuberías especiales, sustancias criogénicas como el helio o el
nitrógeno líquido; estas
sustancias se encuentran a unas temperaturas determinadas, el
nitrógeno líquido está a
-195oC y el helio líquido a -269oC. El helio líquido se encuentra en
la parte más interna
para enfriar la bobina superconductora que crea el campo magnético a
-269oC y el
nitrógeno líquido lo rodea para evitar que el helio se evapore
demasiado rápido.
8.5 LA JAULA DE FARADAY: Para evitar las interferencias entre las ondas
de radio de
afuera y las del equipo de RM, todo el sistema está blindado por una
jaula de Faraday (un
cuarto forrado de cobre en su interior).
9. CÓMO SE PUEDE CREAR UNA IMAGEN DE LA CORRIENTE ELECTRICA Y
MAGNETIZACIÓN LONGITUDINAL
Primero se debe conocer cual es la frecuencia del pulso de RF, pues por
medio de ella se
puede asignar la señal a una determinada localización. La
magnetización transversal
empieza a desaparecer y la magnetización longitudinal vuelve a su
tamaño original. La
razón por la cual la magnetización longitudinal vuelve a su tamaño
normal es por que los
protones que fueron desviados a un nivel de mayor energía por el pulso
de RF vuelven a
su nivel de menor energía, no todos los protones lo hacen al mismo
tiempo, sino que de
forma continua vuelve uno detrás de otro a su estado original. La
energía liberada
después del pulso de RF es liberada a una red (lattice). Si se lleva a
una gráfica la
magnetización longitudinal en función del tiempo, se obtiene una
curva que aumenta con
el tiempo, esta se llama curva T1 (Figura 10).
Figura 9. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Figura 10. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El tiempo que tarda la magnetización longitudinal en recuperarse, para
volver a su valor
original, se describe por el tiempo de relajación longitudinal,
también llamado T1,
realmente este no es el tiempo exacto que tarda, sino un tiempo
constante, que describe lo
rápido que es el proceso. La relajación longitudinal tiene algo que
ver con el intercambio
de energía.
10. MAGNETIZACIÓN TRANSVERSAL
Después de interrumpir el pulso de RF, lo protones dejan de ir al
compás, pierden la fase
otra vez. Los protones precesan con una frecuencia que viene
determinada por la
intensidad del campo magnético en el que están. Todos los protones
tendrían el mismo
campo magnético, pero eso no es el caso:
· El campo del imán de la RM en el que está colocado el paciente no
es totalmente
uniforme, ni totalmente homogéneo, sino que varia un poco, lo que
motiva que haya
diferentes frecuencias de presesión
· Cada protón es influido por los pequeños campos magnéticos de los
núcleos vecinos,
que no están todos distribuidos igual, lo que hace también que tengan
diferentes
frecuencias de precisión. Estas variaciones del campo magnético
interno son de algún
modo características de cada tejido.
Se puede llevar a una grafica la magnetización transversal en función
del tiempo, lo que
se obtiene es una curva. Esta curva es descendente, ya que la
magnetización transversal
desaparece con el tiempo, tiempo constante que describe lo rápido que
desaparece la
magnetización transversal. La curva resultante es la curva T2 (Figura
11).
Figura 11. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
11. ¿CUÁNTO DURA EL TIEMPO DE RELAJACIÓN?
El T1 es aproximadamente de dos a diez veces mas largo que el T2. En
los tejidos
biológicos el T1 es aproximadamente de 100 a 2000 mseg y el T2 de unos
20 a 300 mseg. Es
difícil precisar exactamente la finalización de la relajación
longitudinal y de la transversal,
de aquí que el T1 y el T2 no son valorables cuando se ha completado la
relajación, por lo
que T1 es definido como el tiempo transcurrido cuando se ha alcanzado
el 63% de la
magnetización longitudinal original. El T2 es el tiempo transcurrido
cuando la
magnetización transversal ha decrecido hasta el 37% de su valor
original.
El agua o líquidos tienen un T1 y un T2 largos; la grasa tiene un T1
corto y un T2 más corto
que el agua. Los tejidos enfermos tienen a menudo mayor contenido de
agua que los
tejidos normales de alrededor.
12. ¿DE QUE DEPENDE EL T1?
El T1 depende de la composición del tejido, de la estructura y el
ambiente. La relajación T1
tiene que ver con el intercambio de energía térmica, realizado desde
los protones al medio
de alrededor (red o lattice). Cuando el medio esta formado por líquido
puro/agua, es
difícil para los protones liberarse de su energía, ya que las
pequeñas moléculas de agua se
mueven demasiado deprisa. De aquí que se tarde bastante tiempo en
aparecer otra vez la
magnetización longitudinal, lo que significa que los líquidos/agua
tienen T1 largos. La
grasa por su lado tiene un T1 corto, pues los enlaces de carbonos en
los extremos de los
ácidos grasos tienen frecuencias próximas a las de Larmor; por eso se
produce una
transferencia de energía más efectiva. El T1 es más largo en campos
magnéticos más
intensos, porque la frecuencia de precesión depende de la intensidad
del campo
magnético, relación descrita por la ecuación de Larmor. Si tenemos
un campo magnético
mas intenso, entonces los protones perecerán más rápido, y por
tanto, tendrán mas
problemas para liberar su energía a un medio con campos magnéticos
fluctuando más
lentamente.
13. ¿DE QUE DEPENDE EL T2?
La relajación T2 se produce cuando los protones se desfasan debido a
dos causas: las
inhomogenidades del campo magnético externo y las inhomognidades de
los campos
magnéticos locales de los propios tejidos. Si no hay grandes
diferencias entre los campos
magnéticos internos de un tejido, los protones permanecen acompasados
durante largo
tiempo, por eso el T2 es mas largo. Con los líquidos impuros, es
decir, aquellos que
contienen moléculas más grandes, se producen variaciones mayores en
los campos
magnéticos locales.
14. TIEMPO DE ADQUISICION DE LA IMAGEN
El tiempo de adquisición en secuencias de pulsos normales, puede
calcularse mediante la
siguiente ecuación:
t.a = TR * N * Nex (2)
Donde:
-Nex: Es el número de excitaciones, por medio de esto se consigue
mejorar la calidad de la
imagen, ya que cuando la señal sale del paciente es muy débil, pero
se mejora
acumulando las señales de varias medidas y tomando varios promedios.
Realmente lo
que se obtiene es una imagen con una mejor relación señal/ruido.
-N: Es el numero de hileras de una matriz, cuantas mas hileras se
tengan mas tiempo se
tardara en obtener la imagen.
-TR: Este sirve para acortar el tiempo de la imagen, esto se consigue
gracias a que
mientras que se espera que transcurra el TR, se pueden hacer medidas en
uno o mas
cortes diferentes; por lo cual entre mas largo sea el TR, mas cortes se
pueden excitar en el
mismo tiempo. Otra forma posible de reducir el TR, es el uso de un
medio de contraste.
Como ya se sabe el ganolidio acorta el T1 y cuando el T1 es mas corto,
puede acortarse
también el TR, y por ende al tiempo de imagen.
15. SELECCION DEL CORTE QUE SE QUIERE REALIZAR
Cuando se coloca a un paciente en la maquina de RM, los protones del
cuerpo tienen la
misma frecuencia y serán excitados por el mismo pulso de
radiofrecuencia. Para examinar
solamente un corte especifico, se superpone un segundo campo magnético
al campo
magnético externo, que tiene intensidades diferentes en diversas
localizaciones. El campo
magnético por tanto es más fuerte o más débil en unos lugares que
en otros. Este campo
adicional se llama un gradiente de campo o gradiente de selección de
corte; el cual
modifica la intensidad del campo magnético original. En la RMN las
imágenes se realizan
mediante cortes en tres planos: axial, coronal y sagital (Figura 12).
Todo ello sin necesidad
de cambiar de postura al paciente.
Figura 12
16. SELECCIÓN DEL GROSOR DEL CORTE
Se pude seleccionar un grosor de corte diferente de dos maneras:
· Enviando en lugar de un pulso de RF con una frecuencia especifica,
uno que tiene
un rango amplio de frecuencias; cuanto mas amplio sea el rango de
frecuencias,
mas grueso será el corte en el que serán excitados los protones.
· Si se utiliza el mismo rango de frecuencia, es decir, la misma
anchura de banda, el
grosor del corte puede modificarse por la pendiente del gradiente de
campo. Si se
tiene un gradiente de campo muy marcado, es decir, con una mayor
diferencia en
la intensidad del campo en una distancia especifica, las frecuencias de
presesión
también varían en mayor grado.
17. ORIGEN DE LA SEÑAL
Para determinar el punto exacto del corte de donde viene la señal se
utilizan dos
gradientes diferentes, los cuales son:
· Gradiente de codificación de frecuencia, el cual se envía después
del gradiente de
selección de corte; este se aplica en la dirección del eje Y,
obteniéndose frecuencias
de presesión diferentes a lo largo de este eje y por tanto,
frecuencias diferentes de
las señales correspondientes.
· Gradiente de codificación de fase, el cual se conecta por un tiempo
breve a lo largo
del eje X, después del pulso de RF. Durante este tiempo los protones a
lo largo del
eje X precesan con diferentes frecuencias. Cuando se interrumpe este
gradiente
vuelven a sus frecuencias de presesión iniciales, que son las mismas
para todos.
Sin embargo debido a este gradiente de fase, los protones y sus
señales quedaran
fuera de fase, lo cual puede detectarse por medio de la transformación
de Fourier,
la cual convierte del dominio temporal al frecuencial, para que así un
ordenador
puede analizar la mezcla de señales que viene de un corte y determinar
la
intensidad de los componentes que tienen diferentes frecuencias o
diferentes
fases.
18. APLICACIONES DE LA RMN
Entre sus aplicaciones tenemos:
18.1 Neurológicas: Proporciona imágenes de mayor resolución que el
TAC para las
estructuras nerviosas, en especial en afectación de la sustancia
blanca y las estructuras de
los tejidos blandos, fosa posterior y tronco del encéfalo. Permite
detectar edemas
cerebrales, tumores, trombosis venosas, placas de desmielinización
(Esclerosis Múltiple) e
infartos cerebrales.
18.2 Cardiovasculares: A veces, en colaboración con la radiografía,
la tomografía axial
computarizada o el ecocardiograma. Se puede estudiar el corazón así
como las arterias y
las venas.
18.3 Otorrinolaringología: Alteraciones de oídos, senos paranasales,
boca y garganta.
18.4 Oftalmología
18.5 Tumorales: Alteraciones tumorales de cualquier tipo y en cualquier
órgano.
18.6 Aparato locomotor: Lesiones óseas o musculares de todo tipo y en
cualquier región
del organismo. Es el único procedimiento que permite ver los
ligamentos.
En general, también se utiliza para visualizar distintas estructuras
como corazón,
pulmones, glándulas mamarias, hígado, vías biliares, bazo,
páncreas, riñones, útero,
ovarios, próstata, etc.
19. ESTADO DEL ARTE
· Mejoramiento de la calidad de la imagen
· Permite alta resolución
· Reducción del tiempo de adquisición de datos.
· Debido a que es muy preciso permite detectar enfermedades
asintomáticas
· Obtiene buenas imágenes coronarias sin necesidad de utilizar
cateterismo
· Detecta masas muy pequeñas
· Permite obtener imágenes completas del cuerpo y no fraccionadas
· Construcción de equipos con espacio abierto para que los pacientes
no presenten
claustrofobia
· Mejoramiento de controles
· Cambio de diseño
· Variación del campo magnético
20. CASAS FABRICANTES
20.1 SIEMENS:
20.2 GENERAL ELECTRIC:
20.3 TOSHIBA
20.4 PHILIPS:
20.5 Marconi Medical Systems
21. RESONANCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL
La resonancia magnética funcional (RMF) utiliza los principios
generales que relacionan
estrechamente la actividad neuronal con el metabolismo y el flujo
sanguíneo, puede
registrar cambios hemodinámicos cerebrales que acompañan la
activación neuronal;
además permite la evaluación funcional de regiones responsables de la
sensorialidad,
motricidad, cognición y procesos afectivos en cerebros normales y
patológicos.
La RMF aporta información importante en el estudio de actividad
cerebral cortical y puede
obtener al mismo tiempo imágenes anatómicas adecuadas para una
ubicación precisa del
área de interés incluyendo imágenes angiográficas o estudio
espectroscópico.
22. Bases y funcionamiento de la Resonancia Magnética Funcional
La RMf se basa en el acoplamiento neurovascular, que consiste en que
toda
neurona cuya actividad aumenta, requiere mayores cantidades de energía
(glucosa) y oxígeno para funcionar adecuadamente. Por lo tanto, la
activación
de un área cerebral se acompaña de un incremento de su perfusión
vascular. La
RMF mide este incremento en el flujo de sangre.
En ese sentido la RMf se parece a la tomografía por emisión de
positrones (PET),
pero a diferencia de ésta es una técnica incruenta que no requiere de
la
inyección de material radioactivo potencialmente dañino.
Existen varios métodos, que permiten en RMf, determinar el incremento
del
riego sanguíneo acoplado a una mayor activación neuronal. El más
usado de
todos es el BOLD; el cual consiste en identificar el área cerebral
activada por
medio del contraste que se obtiene de la hemoglobina oxigenada. El
hierro de la
hemoglobina desoxigenada (sin oxígeno) es paramagnético; por el
contrario, es
diamagnético en la hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina). La
desoxihemoglobina produce un desfase de los espines y en consecuencia
una
disminución de la señal en T2. Cuando se activa un área cerebral
(cortical) se
produce un incremento de su perfusión sanguínea que excede largamente
el
consumo de oxígeno.
En el área activada hay una gran cantidad de sangre oxigenada que
remueve las
in homogeneidades del campo magnético (que dependen de la sangre no
oxigenada) y que provoca que el desfase de los espines no se produzca y
haya
una mayor señal que emana del área activa con relación a la señal
que producía
en condiciones de reposo, en el que proporcionalmente hay menos sangre
oxigenada y más sangre desoxigenada. Dentro de sus aplicaciones están
la
investigación neuropsicológica y neurológica, así como su utilidad
en clínica y
en neurocirugía.
23. FORMA DE PROCESAR LA INFORMACIÓN.
El procesamiento de datos comprende varias etapas: primeros los datos
son
analizados para realizar una correlación temporal entre los cambios de
los
niveles de señal por RM y el paradigma impuesto. Después debe
trazarse un
umbral estadístico para distinguir las regiones inactivas del cerebro
de aquellas
señales más consistentes con actividad relativa al paradigma
empleado. Estos
análisis son realizados revisando píxel a píxel, empleando
diferentes
procedimientos estadísticos como "T" de Student, método de
correlación cruzada
u otros, que permiten trazar un mapa estadístico que provea la medida
de
localización espacial, extensión y magnitud de la actividad cerebral.
Finalmente
los resultados del análisis de activación son sobrepuestos en
imágenes
estructurales de alta resolución espacial obtenida en el mismo tiempo
de
examen generalmente en secuencia T1.
BIBLIOGRAFÍA
Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlin. España
Standard Handbook of Biomedical Engineering & Design. Myer Kutz.
McGraw-Hill, 2003.
New York. Pag 24.1-24.15.
[Documentos html]
• http://www.uam.es/investigacion/servicios/sidi/especifica/rmn.html
• http://www.ua.es/es/investigacion/sti/rmn.htm
• http://www.tuotromedico.com/temas/resonancia_magnetica.htm
• http://www.aurasalud.com/QQS/diagnosis/rmn.htm
MAGNÉTICA FUNCIONAL
Natalia Godoy Montoya, Marcela Montoya Mesa
Programa de Ingeniería Biomédica
Escuela de Ingeniería de Antioquia - Instituto de Ciencias de la Salud
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
1. GENERALIDADES
Permite obtener imágenes de los órganos internos del cuerpo de forma
incruenta (no
invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del
espacio. Con esta técnica
es fácil diferenciar la sustancia gris de la blanca, lo cual da como
resultado un excepcional
detalle anatómico. Es a la vez un método con gran resolución
espacial así como alta
sensibilidad para detectar los cambios anatómicos que ocurren en las
diferentes
enfermedades. Pueden añadirse contrastes paramagnéticos como el
gadolinio para
delimitar aún más las estructuras y partes del cuerpo a estudiar. En
las imágenes
obtenidas por Resonancia Magnética el color blanco indica alta
intensidad de señal, el
negro representa vacío o señal débil y la gama de grises muestra
todas las señales
intermedias.
2. QUE ES LA RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR
La resonancia magnética nuclear (RMN) es un procedimiento de
diagnóstico por
imágenes, que utiliza una combinación de imanes grandes,
radiofrecuencias y una
computadora para producir imágenes detalladas de los órganos y las
estructuras dentro
del cuerpo. También se puede estudiar la composición química de los
tejidos mediante la
señal de radiofrecuencia producida por otros átomos (fósforo,
nitrógeno, oxigeno, etc), lo
que se denomina espectroscopia por RM.
3. PRINCIPIO FISICO DE LA TÉCNICA
La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) tiene como fundamento la
absorción de
energía (radio frecuencias) por un núcleo magnéticamente activo, con
número impar
de protones, que está orientado en el seno de un campo magnético, y
que por efecto
de esa energía cambia su orientación; además estudia el
comportamiento de varios
núcleos atómicos, para el caso de las IRM se elige el átomo de
hidrogeno, ya que es el
mas abundante en el cuerpo humano. El átomo de H emite la mejor señal
de todos los
núcleos. Entre un número igual o diferente de núcleos en el mismo
campo magnético,
el H da la señal mas intensa. No podemos usar cualquier núcleo para
obtener
imágenes: Sólo podemos usar aquellos núcleos que:
·Tengan spin
·Un número impar de protones (o neutrones).
El primer requerimiento se explica así: Como los protones giran (por
un spin), su carga
eléctrica se mueve. Esta carga eléctrica es una corriente que induce
el campo magnético.
El segundo requerimiento se explica considerando al protón como un
pequeño imán. Si se
tiene un núcleo con un número impar de protones, por ejm tres, aunque
un par se unirá
neutralizándose el uno al otro, siempre queda un protón que mantiene
un campo
magnético.
Si se interpreta al núcleo en forma de vector, se ve que los núcleos,
al rotar, producen un
campo magnético orientado en su eje de rotación, si se considera un
tejido que contenga
protones sin someterse a un campo magnético y se pudiera observar se
vería que los
protones están orientados al azar, si se suman todos los vectores la
resultante seria cero
dentro del tejido.
Figura 1. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Si se somete el tejido a un campo magnético B0, los protones empiezan
a precesar.
4. ¿QUÉ ES LA PRECESIÓN?
Los protones cuando están en presencia de un campo magnético intenso
realizan un
movimiento de precesión, lo que indica que giran alrededor de un eje
formando un cono
y a la vez giran sobre si mismo.
Figura 2. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
La frecuencia de precesión puede calcularse con la ecuación de
Larmor:
W0 = γ B0 (1)
Donde:
W0: Es la frecuencia de precesión en (Hz o MHz)
B0: Es la intensidad del campo magnético externo, se mide en Tesla (T)
γ: Es la constante giromagnética. Esta constante es diferente para
cada elemento. (El valor
para el protón de H es de 42.5 MHz/T).
Los núcleos pueden orientarse al someterse a favor o en contra de B0,
estos núcleos se
orientan según la ley de Boltzman de equilibrio térmico, por lo que
siempre habrá mas
núcleos orientados a favor que en contra (1+ f(Y.B/T).
Figura 3. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
5. OBTENCION DE LAS IMÁGENES
Una vez colocado el paciente dentro del equipo, se le envía una onda
de radio, la cual
describe una onda electromagnética que esta en el rango de frecuencias
de las ondas de la
radio. Lo que se le envía al paciente no es una onda de larga
duración, sino un pulso corto
de algunas ondas electromagnéticas que se llama pulso de radio
frecuencia (RF), el
propósito de este pulso es perturbar a los protones que están
precesando tranquilamente,
alineados en el campo magnético externo; se necesita de un pulso de RF
especial, que
pueda intercambiar energía con los protones. Los protones tienen la
frecuencia de
precesión, que puede calcularse por la ecuación de Larmor, esta nos
da la frecuencia
necesaria del pulso de RF que se envía. Solamente cuando el pulso de
RF y los protones
tienen la misma frecuencia pueden captar algo de energía los protones
de la onda de
radio, fenómeno llamado resonancia de aquí el nombre de resonancia
magnética.
6. SISTEMA DE COORDENADAS
Se puede utilizar un sistema de coordenadas convencional; el eje Z se
encuentra en la
dirección de las líneas del campo magnético y como tal se puede
representar. Los
protones se pueden representar como vectores que indican la intensidad
o la fuerza del
campo magnético (Figura 4b). La precesión es muy rápida, la
frecuencia de precesión para
los protones de hidrógenos es alrededor de 42 MHz en un campo
magnético de una
intensidad o fuerza de 1 Tesla, esto significa que los protones
precesan a través del cono
mas de 42 millones de veces por segundo.
Figura 4. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El resultado es muy importante: fuerzas magnéticas en direcciones
opuestas se cancelan
unas a otras, finalmente para cada protón orientado hacia abajo hay
otro orientado hacia
arriba cancelando sus efectos magnéticos (Figura 5), pero hay mas
protones orientados
hacia arriba que hacia abajo, y las fuerzas magnéticas de estos
protones no se cancelan por
otras, por lo que quedan algunos protones orientados hacia arriba.
Figura 5. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Sin embargo, no solamente las fuerzas magnéticas orientadas hacia
arriba y hacia abajo
pueden cancelarse o neutralizarse unas a otras, sino que también, al
igual que hay
protones orientados hacia arriba, los hay orientados hacia la derecha,
con su
correspondiente a la izquierda, o uno orientado hacia delante y otro
hacia atrás. Esto
significa que las fuerzas magnéticas opuestas de los protones
restantes se cancelan unas a
otras en esas direcciones. Esto se cumple para todas, salvo en la
dirección del eje Z a lo
largo del campo magnético externo (Figura 6). En esta dirección los
vectores solitarios
suman sus fuerzas magnéticas, el resultado final es un vector
magnético en la dirección
del campo magnético externo, como se puede ver en la figura 6 la
flecha en el eje Z, que es
el resultado de la suma de los vectores magnéticos de los protones
orientados hacia
arriba. Significa que al colocar a un paciente en el imán de la unidad
de RM o en cualquier
otro campo magnético intenso, el propio paciente se magnetiza o sea
que adquiere su
propio campo magnético, por que los vectores de los protones que no se
cancelan unos a
otros se suman (Figura 7). Como esta magnetización se encuentra en la
dirección a lo
largo/longitudinal al campo magnético externo, se llama magnetización
longitudinal. El
nuevo vector magnético resultante del paciente esta orientado en la
dirección del campo
magnético externo, a lo largo de sus líneas de campo, esto se
describe como dirección
longitudinal y es realmente este nuevo vector magnético el que puede
ser utilizado para
obtener la señal.
Figura 6. Schild, Hans H. IRM. Figura 7. Schild, Hans H. IRM.
7. ¿QUÉ PASA CON LOS PROTONES CUANDO SE EXPONEN A ESTE PULSO
DE RADIO FRECUENCIA (RF)?
Algunos de ellos captan energía y pasan de un estado de menor a otro
de mayor energía,
esto tiene efecto en la magnetización de los pacientes. Cuando los
protones están
orientados aleatoriamente, a izquierda / derecha, delante / detrás,
cancelan sus fuerzas
magnéticas en estas direcciones. Debido al pulso de RF, los protones
ya no se orientan
más en direcciones aleatorias, sino que se mueven todos al compás,
sincrónicamente, por
lo que se dice que están en “fase”, todos ellos se orientan en la
misma dirección, al mismo
tiempo, de aquí que sus vectores magnéticos se sumen en esta
dirección, esto da un vector
magnético orientado hacia el lado que señalan los protones y esta es
la dirección
transversa, por esto se llama magnetización transversal (Figura 8).
Figura 8. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El vector magnético debido a su movimiento y cambios constantes,
induce una corriente
eléctrica que induce el campo magnético del protón; un campo
magnético que se mueve
crea una corriente eléctrica, registrada en una antena.
8. PARTES FUNDAMENTALES DEL EQUIPO
Debido a que existe un gran número de sistemas de resonancia
magnética
comercialmente disponibles, hay una amplia variedad de características
que pueden
cambiar en cada uno de ellos. Muchas de esas características están
relacionadas con el
software operativo provisto por el fabricante, pero ciertos componentes
de hardware son
comunes a todos los sistemas dentro de estos componentes están:
8.1 IMÁN: El cual es superconductor en forma de túnel, es la parte
más importante, pues
tiene que ser lo suficientemente intenso para obtener la imagen de RM.
La intensidad del
campo se mide en Tesla o Gauss siendo: 1 Tesla = 10.000 Gauss.
La calidad del imán es la homogeneidad o uniformidad de su campo
magnético. El campo
magnético tiene que ser muy homogéneo, ya que directamente determina
la frecuencia de
precesión. La homogeneidad se expresa en término de ppm en un volumen
definido. La
homogeneidad del campo magnético puede mejorarse mediante ciertos
ajustes eléctricos
o mecánicos proceso llamado compensativo. Para corregir estas
distorsiones del campo
magnético se utilizan elementos pasivos (placas metálicas) y activos
(bobinas por las que
circulan corrientes eléctricas). Existen tres tipos de imanes que
producen campos
magnéticos diferentes:
Un imán, que actualmente es una bobina superconductora, que suministra
y crea el
campo magnético principal.
Imanes de campo magnético bajo: Campos menores a 0.5 T. Usualmente son
imanes
permanentes o electroimanes: Sus ventajas son que siempre está
magnetizado y nunca
utiliza energía para funcionar; sus posibles desventajas son: la
inestabilidad térmica, su
limitación de intensidad de campo magnético y su peso
(aproximadamente 100
toneladas). Los imanes permanentes tienen un costo de mantenimiento
mínimo debido a
que el campo siempre está presente.
Imanes resistivos o electroimanes: Se realizan con bobinas (espiral
metálico) de cobre de
diversas formas. En este caso, el campo magnético estará presente
mientras fluya
corriente eléctrica por la bobina. Por tanto utilizan una corriente
eléctrica. Como
presentan resistencia al paso de la corriente a su través, estos
imanes generan mucho calor
cuando funcionan y tienen que ser enfriados. Comparados con los imanes
permanentes
adquieren una mayor intensidad de campo.
Imanes de campo magnético medio: Campos mayores a 0.5 T y menores a 1
T.
Imanes de campo magnético alto: Campos mayores a 1 T. Son los más
utilizados
actualmente. Tanto éstos como los imanes de campo magnético medio
utilizan
electricidad pero emplean un conductor especial de la corriente; están
confeccionados con
solenoides superconductores de una aleación de niobio-titanio con la
cual no se opone
resistencia al flujo de corriente eléctrica cuando se encuentra a
temperaturas por debajo
de –2690C. Porque si esto llegará a pasar al enviar una corriente
eléctrica, esta fluiría
permanentemente, creando un campo magnético constante. Para lo cual se
utilizan los
llamados criógenos (helio nitrógeno) en los cuales están inmersos
los imanes. Las ventajas
de estos imanes son: La mayor intensidad de campo magnético y la
excelente
homogeneidad (del orden de 10 a 50 ppm sobre una región de 45 cm de
diámetro). Las
desventajas que tiene son: El alto costo y la necesidad de utilizar
criógenos, los cuales son
muy caros. Los altos campo magnéticos tienen una resolución espacial
mejor y pueden
utilizarse para espectroscopia. Los bajos campos por otra parte ofrecen
un mejor
contraste de tejidos, son más baratos en precio y en contrastes
operacionales.
8.2 OSCILADOR O GENERADOR DE RADIOFRECUENCIAS: El sistema transmisor
de radiofrecuencia es responsable de la generación y transmisión de
la energía de
radiofrecuencia utilizada para excitar los protones, cambiando la
orientación de los
núcleos.
El transmisor de radiofrecuencia contiene cuatro componentes
principales:
·Sintetizador de frecuencia.
·Envolvente digital de radiofrecuencia.
·Amplificador de potencia.
·Antena.
8.2.1 Sintetizador de frecuencia: La señal de radiofrecuencia que es
irradiada hacia el
paciente consta de dos partes; una frecuencia central o portadora y una
envolvente
discreta. El sintetizador de frecuencia produce la portadora, cuya
frecuencia se calcula a
partir de la ecuación de Larmor generalizada. Esta señal es mezclada
con la envolvente de
radiofrecuencia previamente a la amplificación.
8.2.2 Envolvente digital de radiofrecuencia: El envolvente de
radiofrecuencia usualmente
consiste de 512 puntos discretos. Dichos puntos digitales se convierten
al dominio
analógico antes de mezclar esta señal con la portadora. Se utilizan
dos clases de
envolvente de radiofrecuencia: los de banda angosta y los de banda
ancha. Los
envolventes de banda ancha (pulsos rectangulares) son de corta
duración y de amplitud
constante. Se utilizan normalmente para determinar la frecuencia de
resonancia del
paciente. Los envolventes de banda angosta no poseen amplitud constante
para todas las
frecuencias. El ancho de banda determina el espesor del corte
observado.
8.2.3 Amplificador de potencia: El amplificador de radiofrecuencia de
potencia es
responsable de la producción de la energía que excitará los
protones. Los amplificadores
utilizados en equipos de MRI pueden ser de estado sólido o valvular,
con potencias
típicas de 10 KW. La cantidad de potencia requerida para rotar los
protones desde su
posición de equilibrio depende de la intensidad del campo magnético
principal, de la
eficiencia de transmisión de la antena, de la duración del pulso
emitido y del ángulo de
excitación seleccionado.
8.2.4 Antena: Todos los equipos de medición por resonancia magnética
requieren una
antena (bobina) transmisora para irradiar las señales de
radiofrecuencia. La más utilizada
es una antena con forma de silla de montar. Este diseño sirve para dos
propósitos:
Producir una penetración uniforme de las señales de radiofrecuencia y
generar un campo
magnético (B1) perpendicular al campo principal (B0).
8.2.4.1 BOBINA DETECTORA: El sistema de adquisición de datos es el
encargado de
medir las señales provenientes de los protones y de digitalizarlas
para su procesamiento
posterior. Todos los sistemas de MRI utilizan una bobina receptora para
detectar los
voltajes inducidos por los protones luego del pulso de radiofrecuencia.
La forma y tamaño
exactos de las bobinas receptoras dependen del fabricante, pero su
campo de recepción
efectivo debe ser perpendicular al campo magnético principal (B0).
Nuevos tipos de
bobinas, conocidas como matrices de antenas en fase utilizan dos o más
pequeñas bobinas
de superficie para cubrir grandes áreas. Las señales producidas por
los protones son
usualmente del orden de los nV en amplitud y de los MHz en frecuencia.
Para procesar
estas señales se necesita amplificación.
8.2.4.2 BOBINAS DE VOLUMEN: Estas rodean completamente la parte del
cuerpo que
se desea estudiar. Estas bobinas de volumen deben ser del tamaño
aproximado del sujeto.
La bobina del cuerpo es una parte permanente del equipo. Es muy
importante, ya que
actúa como transmisora para todos los tipos de exámenes. También
recibe la señal cuando
se exploran zonas grandes del cuerpo.
8.2.4.3 BOBINAS DE COMPENSACIÓN: Sirven para compensar las
distorsiones del
campo magnético debidas a imperfecciones en la fabricación o
problemas locales.
8.2.4.4 BOBINAS DE GRADIENTES: Se utilizan para variar
sistemáticamente el campo
magnético, al producir campos electromagnéticos lineales adicionales,
permitiendo
seleccionar el corte y obtener la información espacial posible. Como
existen tres
dimensiones en el espacio, hay tres juegos de bobinas de gradientes.
Como estas bobinas
golpean contra el sistema de fijación, son las responsables del ruido
que se escucha dentro
del imán durante una exploración de RM.
8.2.4.5 BOBINA ANTENA O DE SUPERFICIE: Se colocan directamente en el
área de
interés y tiene formas diferentes en función de la parte a examinar.
Son bobinas
receptoras solamente de la señal que viene de los tejidos próximos a
ellas; las estructuras
profundas no pueden ser examinadas con estas bobinas. El pulso de
radiofrecuencia es
emitido en estos casos por la bobina de cuerpo.
8.3 UN SISTEMA INFORMATIZADO O COMPUTADORA: Gobierna todo el aparato e
incluye un sistema de amplificación y registro, al igual que un
ordenador para analizar las
ondas y representar la imagen. Cada sistema IRM tiene un mínimo de dos
computadoras.
La computadora principal ejecuta el software de interfase con el
usuario. Este programa
habilita al operador para controlar todas las funciones del scanner. Se
pueden seleccionar
o modificar parámetros, visualizar o guardar las imágenes de los
pacientes en distintos
medios, y realizar procesos posteriores sobre las imágenes. Se utiliza
un disco rígido para
guardar temporalmente las imágenes de los pacientes. Para el archivado
final se utilizan
CD-ROM y cintas magnéticas. Además, hay una computadora dedicada a
realizar la
transformada bidimensional de Fourier de los datos detectados.
8.4 UN REFRIGERADOR: Pues además de afectar la carga positiva de los
protones, el
electromagnetismo también genera una gran cantidad de calor, por lo
que estos equipos
cuentan con potentes sistemas refrigerantes. Esta refrigeración se
logra introduciendo, en
tuberías especiales, sustancias criogénicas como el helio o el
nitrógeno líquido; estas
sustancias se encuentran a unas temperaturas determinadas, el
nitrógeno líquido está a
-195oC y el helio líquido a -269oC. El helio líquido se encuentra en
la parte más interna
para enfriar la bobina superconductora que crea el campo magnético a
-269oC y el
nitrógeno líquido lo rodea para evitar que el helio se evapore
demasiado rápido.
8.5 LA JAULA DE FARADAY: Para evitar las interferencias entre las ondas
de radio de
afuera y las del equipo de RM, todo el sistema está blindado por una
jaula de Faraday (un
cuarto forrado de cobre en su interior).
9. CÓMO SE PUEDE CREAR UNA IMAGEN DE LA CORRIENTE ELECTRICA Y
MAGNETIZACIÓN LONGITUDINAL
Primero se debe conocer cual es la frecuencia del pulso de RF, pues por
medio de ella se
puede asignar la señal a una determinada localización. La
magnetización transversal
empieza a desaparecer y la magnetización longitudinal vuelve a su
tamaño original. La
razón por la cual la magnetización longitudinal vuelve a su tamaño
normal es por que los
protones que fueron desviados a un nivel de mayor energía por el pulso
de RF vuelven a
su nivel de menor energía, no todos los protones lo hacen al mismo
tiempo, sino que de
forma continua vuelve uno detrás de otro a su estado original. La
energía liberada
después del pulso de RF es liberada a una red (lattice). Si se lleva a
una gráfica la
magnetización longitudinal en función del tiempo, se obtiene una
curva que aumenta con
el tiempo, esta se llama curva T1 (Figura 10).
Figura 9. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
Figura 10. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
El tiempo que tarda la magnetización longitudinal en recuperarse, para
volver a su valor
original, se describe por el tiempo de relajación longitudinal,
también llamado T1,
realmente este no es el tiempo exacto que tarda, sino un tiempo
constante, que describe lo
rápido que es el proceso. La relajación longitudinal tiene algo que
ver con el intercambio
de energía.
10. MAGNETIZACIÓN TRANSVERSAL
Después de interrumpir el pulso de RF, lo protones dejan de ir al
compás, pierden la fase
otra vez. Los protones precesan con una frecuencia que viene
determinada por la
intensidad del campo magnético en el que están. Todos los protones
tendrían el mismo
campo magnético, pero eso no es el caso:
· El campo del imán de la RM en el que está colocado el paciente no
es totalmente
uniforme, ni totalmente homogéneo, sino que varia un poco, lo que
motiva que haya
diferentes frecuencias de presesión
· Cada protón es influido por los pequeños campos magnéticos de los
núcleos vecinos,
que no están todos distribuidos igual, lo que hace también que tengan
diferentes
frecuencias de precisión. Estas variaciones del campo magnético
interno son de algún
modo características de cada tejido.
Se puede llevar a una grafica la magnetización transversal en función
del tiempo, lo que
se obtiene es una curva. Esta curva es descendente, ya que la
magnetización transversal
desaparece con el tiempo, tiempo constante que describe lo rápido que
desaparece la
magnetización transversal. La curva resultante es la curva T2 (Figura
11).
Figura 11. Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlín. España
11. ¿CUÁNTO DURA EL TIEMPO DE RELAJACIÓN?
El T1 es aproximadamente de dos a diez veces mas largo que el T2. En
los tejidos
biológicos el T1 es aproximadamente de 100 a 2000 mseg y el T2 de unos
20 a 300 mseg. Es
difícil precisar exactamente la finalización de la relajación
longitudinal y de la transversal,
de aquí que el T1 y el T2 no son valorables cuando se ha completado la
relajación, por lo
que T1 es definido como el tiempo transcurrido cuando se ha alcanzado
el 63% de la
magnetización longitudinal original. El T2 es el tiempo transcurrido
cuando la
magnetización transversal ha decrecido hasta el 37% de su valor
original.
El agua o líquidos tienen un T1 y un T2 largos; la grasa tiene un T1
corto y un T2 más corto
que el agua. Los tejidos enfermos tienen a menudo mayor contenido de
agua que los
tejidos normales de alrededor.
12. ¿DE QUE DEPENDE EL T1?
El T1 depende de la composición del tejido, de la estructura y el
ambiente. La relajación T1
tiene que ver con el intercambio de energía térmica, realizado desde
los protones al medio
de alrededor (red o lattice). Cuando el medio esta formado por líquido
puro/agua, es
difícil para los protones liberarse de su energía, ya que las
pequeñas moléculas de agua se
mueven demasiado deprisa. De aquí que se tarde bastante tiempo en
aparecer otra vez la
magnetización longitudinal, lo que significa que los líquidos/agua
tienen T1 largos. La
grasa por su lado tiene un T1 corto, pues los enlaces de carbonos en
los extremos de los
ácidos grasos tienen frecuencias próximas a las de Larmor; por eso se
produce una
transferencia de energía más efectiva. El T1 es más largo en campos
magnéticos más
intensos, porque la frecuencia de precesión depende de la intensidad
del campo
magnético, relación descrita por la ecuación de Larmor. Si tenemos
un campo magnético
mas intenso, entonces los protones perecerán más rápido, y por
tanto, tendrán mas
problemas para liberar su energía a un medio con campos magnéticos
fluctuando más
lentamente.
13. ¿DE QUE DEPENDE EL T2?
La relajación T2 se produce cuando los protones se desfasan debido a
dos causas: las
inhomogenidades del campo magnético externo y las inhomognidades de
los campos
magnéticos locales de los propios tejidos. Si no hay grandes
diferencias entre los campos
magnéticos internos de un tejido, los protones permanecen acompasados
durante largo
tiempo, por eso el T2 es mas largo. Con los líquidos impuros, es
decir, aquellos que
contienen moléculas más grandes, se producen variaciones mayores en
los campos
magnéticos locales.
14. TIEMPO DE ADQUISICION DE LA IMAGEN
El tiempo de adquisición en secuencias de pulsos normales, puede
calcularse mediante la
siguiente ecuación:
t.a = TR * N * Nex (2)
Donde:
-Nex: Es el número de excitaciones, por medio de esto se consigue
mejorar la calidad de la
imagen, ya que cuando la señal sale del paciente es muy débil, pero
se mejora
acumulando las señales de varias medidas y tomando varios promedios.
Realmente lo
que se obtiene es una imagen con una mejor relación señal/ruido.
-N: Es el numero de hileras de una matriz, cuantas mas hileras se
tengan mas tiempo se
tardara en obtener la imagen.
-TR: Este sirve para acortar el tiempo de la imagen, esto se consigue
gracias a que
mientras que se espera que transcurra el TR, se pueden hacer medidas en
uno o mas
cortes diferentes; por lo cual entre mas largo sea el TR, mas cortes se
pueden excitar en el
mismo tiempo. Otra forma posible de reducir el TR, es el uso de un
medio de contraste.
Como ya se sabe el ganolidio acorta el T1 y cuando el T1 es mas corto,
puede acortarse
también el TR, y por ende al tiempo de imagen.
15. SELECCION DEL CORTE QUE SE QUIERE REALIZAR
Cuando se coloca a un paciente en la maquina de RM, los protones del
cuerpo tienen la
misma frecuencia y serán excitados por el mismo pulso de
radiofrecuencia. Para examinar
solamente un corte especifico, se superpone un segundo campo magnético
al campo
magnético externo, que tiene intensidades diferentes en diversas
localizaciones. El campo
magnético por tanto es más fuerte o más débil en unos lugares que
en otros. Este campo
adicional se llama un gradiente de campo o gradiente de selección de
corte; el cual
modifica la intensidad del campo magnético original. En la RMN las
imágenes se realizan
mediante cortes en tres planos: axial, coronal y sagital (Figura 12).
Todo ello sin necesidad
de cambiar de postura al paciente.
Figura 12
16. SELECCIÓN DEL GROSOR DEL CORTE
Se pude seleccionar un grosor de corte diferente de dos maneras:
· Enviando en lugar de un pulso de RF con una frecuencia especifica,
uno que tiene
un rango amplio de frecuencias; cuanto mas amplio sea el rango de
frecuencias,
mas grueso será el corte en el que serán excitados los protones.
· Si se utiliza el mismo rango de frecuencia, es decir, la misma
anchura de banda, el
grosor del corte puede modificarse por la pendiente del gradiente de
campo. Si se
tiene un gradiente de campo muy marcado, es decir, con una mayor
diferencia en
la intensidad del campo en una distancia especifica, las frecuencias de
presesión
también varían en mayor grado.
17. ORIGEN DE LA SEÑAL
Para determinar el punto exacto del corte de donde viene la señal se
utilizan dos
gradientes diferentes, los cuales son:
· Gradiente de codificación de frecuencia, el cual se envía después
del gradiente de
selección de corte; este se aplica en la dirección del eje Y,
obteniéndose frecuencias
de presesión diferentes a lo largo de este eje y por tanto,
frecuencias diferentes de
las señales correspondientes.
· Gradiente de codificación de fase, el cual se conecta por un tiempo
breve a lo largo
del eje X, después del pulso de RF. Durante este tiempo los protones a
lo largo del
eje X precesan con diferentes frecuencias. Cuando se interrumpe este
gradiente
vuelven a sus frecuencias de presesión iniciales, que son las mismas
para todos.
Sin embargo debido a este gradiente de fase, los protones y sus
señales quedaran
fuera de fase, lo cual puede detectarse por medio de la transformación
de Fourier,
la cual convierte del dominio temporal al frecuencial, para que así un
ordenador
puede analizar la mezcla de señales que viene de un corte y determinar
la
intensidad de los componentes que tienen diferentes frecuencias o
diferentes
fases.
18. APLICACIONES DE LA RMN
Entre sus aplicaciones tenemos:
18.1 Neurológicas: Proporciona imágenes de mayor resolución que el
TAC para las
estructuras nerviosas, en especial en afectación de la sustancia
blanca y las estructuras de
los tejidos blandos, fosa posterior y tronco del encéfalo. Permite
detectar edemas
cerebrales, tumores, trombosis venosas, placas de desmielinización
(Esclerosis Múltiple) e
infartos cerebrales.
18.2 Cardiovasculares: A veces, en colaboración con la radiografía,
la tomografía axial
computarizada o el ecocardiograma. Se puede estudiar el corazón así
como las arterias y
las venas.
18.3 Otorrinolaringología: Alteraciones de oídos, senos paranasales,
boca y garganta.
18.4 Oftalmología
18.5 Tumorales: Alteraciones tumorales de cualquier tipo y en cualquier
órgano.
18.6 Aparato locomotor: Lesiones óseas o musculares de todo tipo y en
cualquier región
del organismo. Es el único procedimiento que permite ver los
ligamentos.
En general, también se utiliza para visualizar distintas estructuras
como corazón,
pulmones, glándulas mamarias, hígado, vías biliares, bazo,
páncreas, riñones, útero,
ovarios, próstata, etc.
19. ESTADO DEL ARTE
· Mejoramiento de la calidad de la imagen
· Permite alta resolución
· Reducción del tiempo de adquisición de datos.
· Debido a que es muy preciso permite detectar enfermedades
asintomáticas
· Obtiene buenas imágenes coronarias sin necesidad de utilizar
cateterismo
· Detecta masas muy pequeñas
· Permite obtener imágenes completas del cuerpo y no fraccionadas
· Construcción de equipos con espacio abierto para que los pacientes
no presenten
claustrofobia
· Mejoramiento de controles
· Cambio de diseño
· Variación del campo magnético
20. CASAS FABRICANTES
20.1 SIEMENS:
20.2 GENERAL ELECTRIC:
20.3 TOSHIBA
20.4 PHILIPS:
20.5 Marconi Medical Systems
21. RESONANCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL
La resonancia magnética funcional (RMF) utiliza los principios
generales que relacionan
estrechamente la actividad neuronal con el metabolismo y el flujo
sanguíneo, puede
registrar cambios hemodinámicos cerebrales que acompañan la
activación neuronal;
además permite la evaluación funcional de regiones responsables de la
sensorialidad,
motricidad, cognición y procesos afectivos en cerebros normales y
patológicos.
La RMF aporta información importante en el estudio de actividad
cerebral cortical y puede
obtener al mismo tiempo imágenes anatómicas adecuadas para una
ubicación precisa del
área de interés incluyendo imágenes angiográficas o estudio
espectroscópico.
22. Bases y funcionamiento de la Resonancia Magnética Funcional
La RMf se basa en el acoplamiento neurovascular, que consiste en que
toda
neurona cuya actividad aumenta, requiere mayores cantidades de energía
(glucosa) y oxígeno para funcionar adecuadamente. Por lo tanto, la
activación
de un área cerebral se acompaña de un incremento de su perfusión
vascular. La
RMF mide este incremento en el flujo de sangre.
En ese sentido la RMf se parece a la tomografía por emisión de
positrones (PET),
pero a diferencia de ésta es una técnica incruenta que no requiere de
la
inyección de material radioactivo potencialmente dañino.
Existen varios métodos, que permiten en RMf, determinar el incremento
del
riego sanguíneo acoplado a una mayor activación neuronal. El más
usado de
todos es el BOLD; el cual consiste en identificar el área cerebral
activada por
medio del contraste que se obtiene de la hemoglobina oxigenada. El
hierro de la
hemoglobina desoxigenada (sin oxígeno) es paramagnético; por el
contrario, es
diamagnético en la hemoglobina oxigenada (oxihemoglobina). La
desoxihemoglobina produce un desfase de los espines y en consecuencia
una
disminución de la señal en T2. Cuando se activa un área cerebral
(cortical) se
produce un incremento de su perfusión sanguínea que excede largamente
el
consumo de oxígeno.
En el área activada hay una gran cantidad de sangre oxigenada que
remueve las
in homogeneidades del campo magnético (que dependen de la sangre no
oxigenada) y que provoca que el desfase de los espines no se produzca y
haya
una mayor señal que emana del área activa con relación a la señal
que producía
en condiciones de reposo, en el que proporcionalmente hay menos sangre
oxigenada y más sangre desoxigenada. Dentro de sus aplicaciones están
la
investigación neuropsicológica y neurológica, así como su utilidad
en clínica y
en neurocirugía.
23. FORMA DE PROCESAR LA INFORMACIÓN.
El procesamiento de datos comprende varias etapas: primeros los datos
son
analizados para realizar una correlación temporal entre los cambios de
los
niveles de señal por RM y el paradigma impuesto. Después debe
trazarse un
umbral estadístico para distinguir las regiones inactivas del cerebro
de aquellas
señales más consistentes con actividad relativa al paradigma
empleado. Estos
análisis son realizados revisando píxel a píxel, empleando
diferentes
procedimientos estadísticos como "T" de Student, método de
correlación cruzada
u otros, que permiten trazar un mapa estadístico que provea la medida
de
localización espacial, extensión y magnitud de la actividad cerebral.
Finalmente
los resultados del análisis de activación son sobrepuestos en
imágenes
estructurales de alta resolución espacial obtenida en el mismo tiempo
de
examen generalmente en secuencia T1.
BIBLIOGRAFÍA
Schild, Hans H. IRM. Shering AG Berlin. España
Standard Handbook of Biomedical Engineering & Design. Myer Kutz.
McGraw-Hill, 2003.
New York. Pag 24.1-24.15.
[Documentos html]
• http://www.uam.es/investigacion/servicios/sidi/especifica/rmn.html
• http://www.ua.es/es/investigacion/sti/rmn.htm
• http://www.tuotromedico.com/temas/resonancia_magnetica.htm
• http://www.aurasalud.com/QQS/diagnosis/rmn.htm
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