Clase 1 (resonancia Magnetica Nuclear)

Qué es la Resonancia Magnetica Nuclear? •

La RM es un mapa de la magnetizacion de ciertos nucleos atomicos en el tejido. • Dicha magnetizacion es proporcional a la densidad de los nucleos. • La alta concentracion de hidrogeno presente en ellos, hace que los tejidos blandos sean vistos facilmente en las imágenes de MR de protones. • El contraste es por eso mejor que en las técnicas de rayos X

Elementos adecuados para la RMN •

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Sólo hidrógeno, fósforo, sodio, potasio y flúor son magnéticos en la forma común en que se encuentran existente en el cuerpo humano. Carbono-13, un isótopo del carbono, también es magnético pero sólo se encuentra en una proporción de un 1,1% respecto al carbón total, que mayormente es carbono-12. Los de mayor sensibilidad son hidrógeno y flúor. Los Isotopos utilizados son: Hidrógeno-1,Fósforo-31,Sodio23,Nitrógeno-14,Flúor-19 Los otros candidatos para NMR en seres humanos son fósforo, sodio, potasio y carbono-13, pero tienen menores sensibilidades y se encuentran en bajas cantidades.

Cartacterísticas de los Núcleos Los nucleos atomicos propicios para MR tienen 2 propiedades fundamentales: • Un momento angular intrínseco (spin)

• Un momento magnetico permanente

Variables del Momento Magnético •

Es el operador del spin nuclear, depende del tipo de isotopo tratado. Si su numero masico es impar, tendrá un spin fraccionario (1/2, 3/2, 7/2) y si es par tendrá un numero entero (0, 5, 4).

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La constante de Planck relaciona la energía de los fotones con la frecuencia de la onda lumínica (letra griega nu).

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Es la constante reducida de Planck, o constante de Dirac, los valores de estas constantes son:

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Es el radio nuclear giromagnético, el cual depende de la especie de núcleo, en el caso de el H-1, es:

El Movimiento de Precesion • El campo magnetico B produce un torque , el cual cambia la dirección del giro del núcleo, haciendo que el momento nuclear precese alrededor de B. • La componente del momento magnetico nuclear perpendicular al campo B rota con una frecuencia conocida como la frecuencia de Larmour.

MAGNETIZACION DEL VOXEL •

Un Voxel es un pequeño volumen, de composición idealmente homogénea • Su densidad de magnetización protónica se representa por el brillo de un pixel en la imagen de resonancia. • Aproximadamente contiene unos 1020 nucleos de hidrogeno, cada uno con un momento magnetico. • Si no hay un campo magnetico, estos momentos estarán orientados al azar y la magnetización total neta será cero.

MAGNETIZACION DEL VOXEL •

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En un campo magnetico, la componente transversal de cada momento gira alrededor de B con una frecuencia determinada, pero con diferentes fases en equilibrio térmico Por lo tanto, en equilibrio termico no hay magnetización total transversal al campo. MT=0 MT rota con una frecuencia igual a la frecuencia de Larmor. La magnetización longitudinal al campo puede ser paralela o antiparalela a el. A una temperatura T, ambas orientaciones están presentes debido a la agitación térmica,

Tiempos de Decaimiento • El spin se puede excitar, para cambiar los valores de ML y MT • Al soltar el estímulo, ambos momentos vuelven a su estado natural con unas constantes de tiempo T1 y T2, conocidas como “tiempos de relajacion longitudinal y transversal, respectivamente.

Comparación T1 – T2 •

T2 siempre es menor o igual a T1, pues los mecanismos microscopicos que relajan a momento longitudinal, tambien relajan al momento transversal. • Los valores de T1 y T2 dependen del tipo de nucleo, ademas de la composicion química del tejido. • Los valores típicos son de 300 a 600 ms para T1 y de 30 a 80 ms para T2

Comparación T1 – T2

EXCITACION RF DEL VOXEL •

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El fenómeno que permite la magnetización de los voxeles fue descubierto por Bloch y Purcell en 1946. Consiste en la excitación resonante con RF de spines nucleares que precesan en un campo magnetico, para luego observar la respuesta del sistema de spins. La excitación resonante ocurre cuando el campo magnetico por RF (B1),tiene aproximadamente la misma frecuencia que la precesión de los momentos nucleares en el campo estático B0.

Frecuencia del Campo Oscilatorio •

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Si la frecuencia del campo oscilatorio es igual a la frecuencia de Larmor, y su amplitud es 2B1, se puede tomar como si fuera la superposición de 2 campos girando en sentido contrario y con magnitudes B1. Para los momentos nucleares que están precesando, uno de los campos paracerá estacionario, y el otro se moverá demasiado rápido. Este ultimo es despreciable, pero el otro, hara que los momentos nucleares individuales solo vean un campo B1 a un angulo fijo de ellos, con lo cual empezaran a precesar alrededor de el con una frecuencia

Cambio del Momento Transversal • La magnetización total precesara también a través de B1, a la frecuencia ω1. Si el pulsa dura t segundos, la magnetización original (M0) habrá girado alrededor de B1 por un ángulo: , creando una magnetización transversal igual a: • En esta situación, se produce un incremento en la energía de los spines nucleares debido a la excitación por RF, los casos más importantes se dan cuando Theta=pi y Theta =pi/2, estos se usan para excitar o invertir la magnetización.

MEDICION DE LA MAGNETIZACION DEL VOXEL: EL FID • Luego del pulso de pi/2, empezara una precesión en el plano transversal. • Entonces se puede colocar una segunda bobina perpendicular a B0, conectada a un aparato receptor, como un osciloscopio.

Free Induction Decay Cada voxel tendrá un MT, que inducirá en la bobina receptora un pequeño campo electromagnético de frecuencia igual a la de Larmor y amplitud decreciente. • Esto se llama la señal de Free Induction Decay, cuya amplitud es la medida de la magnetización de un voxel. • El relajamiento luego del pulso pi/2, envuelve dos procesos: la relajación del componente transversal, llamada T2 y la relajación del componente longitudinal, llamada T1 •

SPIN ECOS: CAMPOS MAGNETICOS NO UNIFORMES. • En la vida real, un campo magnético uniforme como B0 no se puede generar, de hecho, para codificar las señales, debe haber un gradiente en el campo magnético. • Esto produce una diferencia en la frecuencia de precesion, y cambia el tiempo de relajación transversal convirtiéndolo en T2*.

SPIN ECOS: CAMPOS MAGNETICOS NO UNIFORMES.

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En la vida real, un campo magnético uniforme como B0 no se puede generar, de hecho, para codificar las señales, debe haber un gradiente en el campo magnético. Esto produce una diferencia en la frecuencia de precesion, y cambia el tiempo de relajación transversal convirtiéndolo en T2*. Mientras que el T2 natural es termodinámicamente irreversible, el T2* si es reversible, lo cual hace posible el fenómeno de “spin Echo”. Para hacerlo se aplica primero un pulso de pi/2 (excitador) y luego de un tiempo tau, se aplica un pulso de pi (inversor). La bobina receptora mostrara entonces la FID natural, y luego observara una nueva señal que se levanta y se desciende luego.

SPIN ECOS: EXPLICACION DE LOS ISOCROMATS

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Los isocromas: grupos de espines más pequeños que un voxel, pero que ven el mismo campo magnético y pueden ser tratados como un conjunto.

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A)Los isocromas reciben el pulso de excitación y se enfasan. B) Los isocromas empiezan a desfasarse. C) Se aplica el pulso inversor y se reenfasan. D) Los isocromas se alinean a 180º con B1. e)La diferencia de fases hace que eventualmente vuelvan a direccionarse en el mismo sentido, dando lugar el pico del eco. F)Finalmente empiezan a decaer nuevamente

CODIFICACION DE POSICION POR GRADIENTE: GENERACION DE LA IMAGEN UNIDIMENSIONAL.

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Se superpone un campo magnetico linealmente variable, sobre el campo magnético fijo, lo cual genera tambien una variación en la frecuencia de precesión y provee información de la distribución de protones.

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Mediante la transformada de Fourier, se determina la composición espectral, hallando la magnitud de magnetización en cada frecuencia.

LOS GRADIENTES

• Codificando en más de una dimensión, lo que se hace es generar campos diferentes paralelos a B0, mediante el uso de 3 bobinas especiales.

CONTRASTE EN LAS IMÁGENES DE RESONANCIA MAGNETICA.

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La habilidad de la resonancia magnetica en mostrar alteraciones quimicas en la estructura reside en que tejidos diferentes tendrán valores T1 y T2 significativamente diferentes, y si son tejidos enfermos, dichos valores se modificaran hasta en un 50 %, permitiendo un gran contraste en imágenes especificas. Adicionalmente, modificando los valores de tiempo de eco, y tiempo de repetición, podemos lograr contrastes mucho más grandes entre 2 tejidos diferentes.

PARTES DE UN EQUIPO DE RMN

Partes de un Equipo de RMN

COMPONENTES DE UN EQUIPO DE RM

• Iman: Creador del campo electromagnético. Este es el componente básico de un sistema de imágenes por resonancia magnética. La consideración primaria en lo que respecta a la calidad del imán es la homogeneidad o uniformidad de su campo magnético.

Imanes Superconductores •Los magnetos de RMN deben estar construidos con materiales superconductore s a muy bajas temperaturas, como por ejemplo NiobioTitanio o NiobioPlomo

Imanes Fijos •

La resonancia magnética abierta genera un campo magnético de 0,2T de potencia mientras que el otro equipo, de diseño convencional, generalmente tiene una potencia de 1 a 1,5 Tesla (aunque en el mercado existen desde 0,2T hasta 4T los más modernos). Sin embargo, los equipos abiertos de última generación disponen de un sistema informático optimizado que permite realizar exploraciones de alta calidad. Al disponer de un campo magnético menor que el equipo cilíndrico, la resonancia abierta reduce las limitaciones para realizar estudios en pacientes portadores de estructuras metálicas no ferromagnéticas, prótesis, etc.

COMPONENTES DE UN EQUIPO DE RM

• Sistema De Radiofrecuencia: El sistema transmisor de RF es responsable de la generación y transmisión, por medio de una bobina transmisora (antena), de la energía de radiofrecuencia utilizada para excitar los protones.

Componentes de un equipo de RMN: Bobinas Especiales

• Para determinados estudios, se utilizan bobinas que se concentran sólo en la parte del cuerpo que nos interesa.

COMPONENTES DE UN EQUIPO DE RM

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Sistema De Adquisición De Datos: Es el encargado de medir las señales provenientes de los protones y digitalizarlas para su procesamiento posterior. Todos los sistemas de resonancia magnética utilizan una bobina receptora para detectar los voltajes inducidos por los protones luego del pulso de RF. Para estudios de grandes volúmenes de tejido (como en imágenes del cuerpo o la cabeza), la bobina transmisora normalmente sirve también como receptora .

Componentes de un RMN Bobinas de Gradiente: Son las encargadas de variar el campo magnético para codificar la posición de los protones.

Sistema de Refrigeracion

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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. Para refrigerar estos imanes se requiere helio liquido, el cual esta alrededor de 4,2K. La superconductividad se descubrio en 1911, y se produce a muy bajas temperaturas (por debajo de 10K)

Partes: Jaula de Faraday

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El equipo de resonancia magnética se encuentra dentro de un cuarto forrado de cobre en su interior para evitar interferencias de ondas que pudieran llegar del exterior. A esto se le llama Jaula de Faraday, provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

APLICACIONES NEUROLÓGICAS

En aneurismas abdominales evalúa tanto la enfermedad como sus complicaciones; individualiza y diferencia trombosis de pared hemorragias intraparietales y perivasculares y establece su antig üedad; es decir, si la extravasación es aguda, subaguda o si se trata de un hematoma o trombosis antigua.

APLICACIONES NEUROLÓGICAS

Un examen por resonancia magnética que reporta un tumor frontal posterior derecho con hemorragia intratumoral y edema. Se observó una compresión del ventrículo lateral derecho y un pequeño grado de desviación de la línea media.

APLICACIONES NEUROLÓGICAS

Resonancia magnética que muestra un tumor en el hipotálamo

Aplicaciones Neurologia

• Aquí podemos contemplar una imagen de un cerebro normal, una metástasis de adenocarcinoma, y un absceso cerebral

Aplicaciones Neurologia

Metástasis (en verde) de cáncer en una mujer de 42 años

IRM de un tumor cerebral (en púrpura), rodeado de una zona de tejidos dañados (rojo)

APLICACIONES OFTALMOLOGICAS •

La paquimeningitis hipertrófica es un cuadro clínico producido como consecuencia del engrosamiento de origen inflamatorio, agudo o crónico (1), infeccioso, neoplásico o autoinmune de la duramadre, que producirá alteraciones neurológicas por compresión de las estructuras adyacentes, pudiendo debutar como clínica deficitaria neurológica de ámbito oftalmológico.

Aplicaciones Cardiologicas

Aplicaciones Cardiologia

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Disección de la aorta torácica en un paciente con Hipertensión Arterial de larga evolución

APLICACIONES CARDIOLOGICAS • La úlcera penetrante de la aorta, caracterizada por ulceración con ruptura de la lámina elástica interna de la pared aórtica es vista por la RMN en las secuencias angiográficas como ulceraciones de la pared en ausencia de flap intimal o hematomas intraparietales sobre aortas con ateromatosis importante.

APLICACIONES CARDIOLOGICAS • Aneurismas disecantes: clasifica el tipo, el tamañoy la localización. Identifica el flap de entrada y lospuntos de reentrada si existen y valora la dirección delos flujos en la falsa luz; presenta una sensibilidad yuna especificidad que alcanzan el 100%.

APLICACIONES CARDIOLOGICAS • La úlcera penetrante de la aorta, caracterizada por ulceración con ruptura de la lámina elástica interna de la pared aórtica es vista por la RMN en las secuencias angiográficas como ulceraciones de la pared en ausencia de flap intimal o hematomas intraparietales sobre aortas con ateromatosis importante.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS • • • • • • • •

Entre las ventajas que presenta, encontramos que: No utiliza radiación ionizante, reduciendo riesgos de mutaciones celulares o cáncer. Permite cortes muy finos (1/2 mm o 1mm) e imágenes muy detalladas permitiendo observar detalles anatómicos no apreciables con otro tipo de estudio. Permite la adquisición de imágenes multiplanares (axial, sagital, coronal), simplificando por ejemplo el estudio tridimensional del encéfalo, sin necesidad de cambiar de postura al paciente. Detecta muy rápidamente los cambios en el contenido tisular de agua. No causa dolor. El paciente tiene en todo momento comunicación con el médico. La calidad de las imágenes obtenidas se puede mejorar utilizando medios de contraste paramagnéticos por vía intravenosa (se suministran previo al estudio, inyecciones de un fluido llamado gadolinio). Esto hace que las áreas anormales se iluminen en la RNM y sean más fáciles de distinguir luego.

DESVENTAJAS • La larga duración del examen (la mayor parte de las RNM llevan entre 30 y 60 minutos). • El costo económico (superior a los de otros estudios similares). • Los problemas planteados en lo que respecta a dispositivos de soporte vital (apoyo ventilatorio mecánico, marcapasos), materiales ferromagnéticos presentes en el paciente (proyectiles de arma de fuego, material de osteosíntesis) y sistemas de tracción esquelética o de inmovilización, que pueden interferir en la calidad de la imagen o incluso conllevar riesgo para la vida del paciente por movilización de dichos componentes. • Sensación de claustrofobia cuando se está adentro del túnel. El mayor porcentaje de imposibilidad para realizar la exploración se debe a este tipo de problemas, llevando a la necesidad de sedar al paciente en algunas ocasiones.

EQUIPOS COMERCIALES Y COSTOS • •

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Existen actualmente varias empresas que fabrican equipos de resonancia magnética. Algunas de las más reconocidas son: Philips, General Electric, y Siemens. Cuanto mayor es el campo magnético, mayor calidad de imágenes se obtiene y menor el tiempo que se requiere para adquirirlas. Normalmente, se puede tomar como regla aproximada US$ 1.000.000 por Tesla. En el presente existen también equipos de resonancia magnética abierta, lo que presenta una opción para pacientes claustrofóbicos. Se trata de equipos abiertos en forma de C cuya característica más novedosa es la posibilidad de realizar procedimientos intervencionistas, como cirugía de la epilepsia, del Parkinson, biopsias intracraneales, etc.