La resonancia magnética ( MRI ) es una técnica de imagen médica para obtener vistas en dos o tres dimensiones del cuerpo de forma no invasiva con una resolución de contraste relativamente alta.
La resonancia magnética se basa en el principio de resonancia magnética nuclear (RMN) que utiliza las propiedades cuánticas de los núcleos atómicos para la espectroscopia en el análisis químico . La resonancia magnética requiere un campo magnético fuerte y estable producido por un superconductor magnético que crea una magnetización de los tejidos alineando los momentos magnéticos de giro . A continuación, se aplican campos magnéticos oscilantes más débiles, llamados “ radiofrecuencia ”, para modificar ligeramente esta alineación y producir un fenómeno de precesión que da lugar a una señal electromagnética medible. La especificidad de la resonancia magnética consiste en localizar con precisión en el espacio el origen de esta señal de resonancia magnética mediante la aplicación de campos magnéticos no uniformes, " gradientes ", que inducirán frecuencias de precesión ligeramente diferentes según la posición de los átomos en estos gradientes. Sobre este principio que le valió a sus inventores, Paul Lauterbur y Peter Mansfield el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003, es posible reconstruir una imagen en dos dimensiones y luego en tres dimensiones de la composición química y por lo tanto de la naturaleza de los tejidos biológicos. explorado.
En imágenes médicas, la resonancia magnética se dedica principalmente a obtener imágenes del sistema nervioso central ( cerebro y médula espinal ), músculos , corazón y tumores . Gracias a las diferentes secuencias , podemos observar los tejidos blandos con mayores contrastes que con la tomografía computarizada ; Por otra parte, la RM no permite el estudio de los huesos corticales (tejidos “duras”) demasiado bajos en hidrógeno, ni por lo tanto la búsqueda detallada de las fracturas en el que sólo peri- lesional edema se pueden observar.
La máquina de resonancia magnética a veces se denomina " escáner ", lo que en francés se confunde con el tomodensitómetro . A diferencia de esta última (y otras técnicas de imagen como la PET ), el examen de resonancia magnética no es invasivo y no irradia al sujeto. Por lo tanto, esto lo convierte en una herramienta de elección para la investigación que involucra a la persona humana y, en particular, en la neurociencia cognitiva . Desde la década de 1990, la técnica de resonancia magnética funcional , que mide la actividad de diferentes áreas del cerebro, ha hecho posible un avance significativo en el estudio de los fundamentos neurobiológicos del pensamiento .
El principio de la IRM se basa en el fenómeno de la resonancia magnética nuclear (RMN), es decir, relativo al acoplamiento entre el momento magnético del núcleo de los átomos y el campo magnético externo , descrito por Felix Bloch y Edward Mills Purcell en 1946. En el A principios de la década de 1970, los numerosos desarrollos experimentados por la RMN, en particular en espectroscopia , sugirieron nuevas aplicaciones de esta técnica. Así, Raymond Vahan Damadian propuso en 1969 utilizar la RMN con fines médicos y apoyó su propuesta con la demostración de que la espectroscopia de RMN permite la detección de tumores .
En 1973, se lograron avances significativos: inspirándose en los métodos de reconstrucción de imágenes utilizados en la tomografía computarizada , Paul Lauterbur realizó por primera vez una "imagen" (a la que llamó Zeugmatografía ) basada en RMN utilizando el principio de gradientes que capturan la imagen de un "Corte virtual" de un objeto bidimensional . Simultáneamente, pero de forma independiente, Peter Mansfield propuso un método similar e introdujo en 1977 la técnica de imagen ecoplanar que permite la captura de muchas imágenes en un tiempo relativamente corto. El primer objeto conocido por el público en general que ha sido estudiado por resonancia magnética es un pimiento , después de una prueba en dos tubos capilares.
En los años siguientes, la técnica evolucionó rápidamente, en particular gracias a los avances en el procesamiento de datos y la electrónica, que hicieron posible implementar métodos digitales que eran costosos en tiempo de computación . Así, en 1975, Richard R. Ernst propuso utilizar la transformada de Fourier para analizar la codificación de frecuencia y fase de la señal de IRM.
Mansfield producirá las primeras imágenes de tejido humano en 1975; en 1977, la primera imagen de un cuerpo humano vivo será producida por Damadian, quien luego dirigirá la fabricación de los primeros dispositivos comerciales.
La principal innovación en el campo de la resonancia magnética vendrá con la reanudación por parte de Seiji Ogawa (en) del trabajo de Linus Pauling y Charles Coryell sobre el magnetismo de la hemoglobina . De hecho, la señal de resonancia magnética emitida por la sangre oxigenada difiere de la señal de la sangre desoxigenada. Esta propiedad permitió por tanto a Ogawa, John Belliveau y Pierre Bandettini lograr en 1992 las primeras imágenes del cerebro en funcionamiento: en respuesta a la estimulación visual , pudieron medir un aumento del flujo sanguíneo cerebral en el área visual del lóbulo occipital . La medición de esta respuesta hemodinámica es la base de cómo funciona la resonancia magnética funcional , una herramienta central en la neurociencia cognitiva contemporánea.
Después de varios años de desarrollo, la resonancia magnética se ha convertido, por lo tanto, en una técnica poderosa en el campo de la imagenología médica , que está en constante desarrollo. En reconocimiento a " sus descubrimientos en la resonancia magnética ", Peter Mansfield y Paul Lauterbur recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003.
En Francia, había 592 dispositivos en 1 st de enero de 2011 ; el tiempo medio de espera era entonces de 32 días. En 2016, había 839 dispositivos con un tiempo de espera promedio de 30 días. En 2017, a pesar de un aumento a 906 dispositivos, el tiempo de espera se elevó a 34 días.
El Centro Europeo NeuroSpin está en camino de convertirse en el centro de imágenes por resonancia magnética más grande del mundo. Uno de sus objetivos es dilucidar el "código neuronal", es decir, comprender cómo se codifica la información en el cerebro.
Solo se trata de captadores de imágenes cerrados, es el túnel en el que se introduce al paciente. Dispone de funciones de confort (como iluminación y ventilación) y medios de comunicación entre el personal de enfermería y el paciente (micrófono y altavoces). Su diámetro varía muy ligeramente según el fabricante y el modelo, pero es de aproximadamente 60 cm .
El imán es el núcleo del funcionamiento de la máquina de resonancia magnética. Su función es producir el campo magnético principal llamado B 0 que es constante y permanente. La unidad de medida para la fuerza del campo magnético es el tesla , cuyo símbolo es T. Este valor se refiere a la fuerza de este campo principal.
En 2007, en el campo de la imagen médica de rutina, las intensidades del campo magnético utilizado estuvieron entre 0,1 y 7 Tesla, con intensidades superiores a 17 Tesla para el estudio de especímenes murinos u otros animales pequeños, y hasta 11,7 Tesla para preclínicos y estudios clínicos en humanos.
Nota: 1,6 T es 30.000 veces el campo magnético de la Tierra .
Distinguimos según la intensidad:
El campo magnético estático debe ser uniforme en la sección del túnel. El valor del campo magnético estático se mide y estandariza mediante calibración (transductor de efecto Hall ) en el isocentro del imán y debe cubrir toda la longitud de la antena receptora. Las tolerancias son extremadamente críticas, especialmente en campo alto y espectrometría. El campo magnético disminuye a medida que uno se aleja de este isocentro: esto se denomina campo magnético residual . La distribución de las líneas de campo depende de la fuerza del campo magnético, pero también de la presencia de un blindaje alrededor del imán (consulte el capítulo sobre blindaje del campo magnético).
Las principales cualidades de un imán son:
Estas cualidades son buscadas entre los tres tipos de imanes disponibles en el mercado: el imán permanente, el imán resistivo y el imán superconductor. Hoy en día es el imán superconductor el más extendido.
El aumento de campos magnéticos permite una mejora significativa en la calidad de las imágenes obtenidas por resonancia magnética, pero algunas personas se preguntan sobre la influencia de los campos magnéticos de alta intensidad en el cuerpo humano. Sin embargo, en 2007, nada mostró ningún efecto nocivo en el organismo salvo algunos “mareos” debido a la inducción de corrientes eléctricas débiles en determinadas estructuras nerviosas por pulsos de radiofrecuencia. En todos los casos, incluso en campos débiles, la presencia de objetos ferromagnéticos constituye una contraindicación para la RM.
Imán permanenteConsiste en una estructura ferromagnética que produce un campo magnético permanente sin consumir energía. Estos imanes, antes muy pesados (hasta 90 toneladas con ferritas), se han vuelto más ligeros con la llegada de las aleaciones a base de tierras raras (boro-neodimio-hierro). Un imán de tierras raras de 0,3 T de cuerpo entero pesa solo 10 toneladas. Un 0,4 T pesa 13 toneladas. Aunque se pueden fabricar imanes permanentes de 1 T , es económicamente difícil ir mucho más alto que 0,4 Tesla. Sus principales ventajas son la ausencia de corrientes parásitas, una fiabilidad excepcional, una arquitectura abierta y un campo vertical perpendicular al eje mayor del paciente, lo que mejora el rendimiento de las antenas. Los sistemas de resonancia magnética hechos alrededor de imanes permanentes han sido objeto de un desarrollo limitado durante mucho tiempo. Este ya no es el caso. En los últimos años, estos sistemas han alcanzado muy buenos niveles de rendimiento. Se han instalado más de 8.000 sistemas en todo el mundo, principalmente en Estados Unidos y Japón, cada vez más en Europa y más lentamente en Francia. Se han vuelto menos costosos, muy confiables y efectivos, y la Haute Autorité de santé en France ha reconocido su valor en un informe dejunio 2008y recomienda su uso en Francia. También son la mejor opción para países que no cuentan con la infraestructura técnica y logística para operar un sistema superconductor en buenas condiciones.
El uso de un imán permanente no está exento de peligro o problema porque lo que hace su calidad (la gran estabilidad y uniformidad de su campo magnético muy potente) también lo convierte en el defecto ya que será imposible suspender el campo magnético en caso de emergencia ( no se puede aplicar el procedimiento de enfriamiento que se menciona a continuación en la sección sobre imanes superconductores). Por tanto, el dispositivo se utiliza con estrictas precauciones previas (incluido un examen radiográfico convencional previo para detectar cuerpos metálicos implantados en cuerpos blandos como vasos sanguíneos, o residuales de determinados accidentes). Esto también requiere el control de la sala de examen para detectar la presencia o introducción de materiales ferromagnéticos que podrían arrojarse contra el dispositivo o causar lesiones graves. Además, con el tiempo, el polvo ferromagnético puede acumularse en el imán y persistir allí, lo que alterará gradualmente la uniformidad del campo creado. Por lo tanto, el entorno del dispositivo debe mantenerse muy limpio, incluido el aire ambiente que debe filtrarse contra la presencia de humos contaminantes, ya que la limpieza del imán será muy difícil o requerirá la reconformación del campo magnético mediante la adición de una corrección adicional. pantallas o imanes. La otra dificultad radica en el transporte y entrega del imán al lugar donde será desplegado, siendo los imanes de esta potencia sujetos a medidas de seguridad específicas que les prohíbe, por ejemplo, el transporte en avión si su campo no puede ser completamente confinado. en el embalaje o su estructura protectora e instalación en el dispositivo.
Imán resistivoEste imán está hecho de un devanado de cobre atravesado por una corriente eléctrica que produce un campo magnético en su centro. Este tipo de imán no se ha utilizado mucho desde la aparición de los imanes superconductores.
Es bastante económico de fabricar y no requiere refrigerante criogénico (a diferencia de los imanes superconductores). Además, el campo magnético se puede cancelar en unos segundos deteniendo la corriente (pero hay que esperar a que se estabilice el campo cuando se vuelva a encender).
Desafortunadamente, el campo magnético máximo apenas alcanza los 0,5 T y sigue siendo muy sensible a las variaciones de temperatura. Además, existen problemas de homogeneidad de campo y un consumo eléctrico muy elevado para el suministro de corriente a la bobina y para la alimentación de los compresores del circuito de refrigeración para compensar el efecto Joule provocado por la resistividad de la bobina.
Imán superconductorEn 2008 , este es el tipo de imán más común. El imán superconductor utiliza el principio de superconductividad : cuando ciertos metales o aleaciones se someten a temperaturas cercanas al cero absoluto , pierden su resistividad por lo que el paso de una corriente eléctrica se realiza sin pérdida, por lo tanto sin producción de calor.
El imán superconductor utilizado en la resonancia magnética consiste en una bobina de niobio-titanio (Nb-Ti) constantemente bañada en helio líquido (cerca de -269 ° C ) que asegura su estado superconductor. La resistencia eléctrica de cero y alcanzó para crear una intensidad de campo magnético alta. La bobina está incrustada en una matriz de cobre que sirve como disipador de calor para protegerla en caso de pérdida accidental de superconductividad (el enfriamiento ).
Finalmente, el sistema está rodeado por una pantalla de enfriamiento (circuito de aire o agua enfriada) que ayuda a mantener el helio líquido a muy baja temperatura. El conjunto queda finalmente envuelto en un espacio de vacío que limita los intercambios térmicos con el exterior. Por tanto, el dispositivo no es muy sensible a las variaciones de temperatura ambiente.
Todo este equipo hace que los dispositivos magnéticos superconductores sean muy costosos de comprar pero también de usar, debido a su alto consumo de helio criogénico . No obstante, la superconductividad permite un consumo eléctrico medio o bajo: si no es despreciable cuando los devanados están energizados, se vuelve casi cero una vez que se ha establecido el estado estable estable.
Al ser atravesados los devanados superconductores por corrientes mucho más altas, almacenan en forma magnética una energía mucho más alta. Incluso se vuelve considerable para bobinas grandes a 3 T o más. Luego, este equipo se equipa con un equipo sofisticado y confiable para poder disiparlo con total seguridad en caso de un enfriamiento .
Hay dos tipos de resonancia magnética (en la práctica, la técnica se denomina resonancia magnética como el dispositivo o el generador de imágenes): resonancia magnética de campo cerrado y resonancia magnética de campo abierto.
Campo cerradoLa resonancia magnética “cerrada” es la configuración más común y conocida en la actualidad. Se trata de un túnel de 60 cm de diámetro, 2 metros de largo para los más antiguos y 1,60 metros de largo para los más nuevos.
Recientemente han aparecido nuevos sistemas que utilizan túneles más grandes de hasta 75 cm de diámetro. Estos sistemas, a veces calificados de forma muy abusiva como “sistemas abiertos”, siguen siendo sistemas cerrados, aunque su capacidad para adaptarse a las personas obesas ha mejorado.
Campo abiertoLa resonancia magnética "abierta" apareció después de la resonancia magnética cerrada. Muy raras en sus primeros días, a medida que la tecnología de resonancia magnética abierta mejoró, tienen ventajas en la medicina humana, particularmente para las personas que no podrían beneficiarse de este tipo de imágenes en un espacio confinado por razones prácticas o para evitar la anestesia general. Estas personas incluyen:
Una aplicación reciente de modelos abiertos es la resonancia magnética intervencionista.
Sin embargo, las capacidades de intensidad del campo magnético que ofrece este tipo de resonancia magnética suelen ser más bajas ( 0,3 a 0,4 T para imanes permanentes ) que las conformaciones cerradas. Sin embargo, en la actualidad hay varios sistemas abiertos utilizando la tecnología superconductora, que tienen de 1 T y 1,2 T campos . Estos sistemas abiertos de campo alto son más difíciles de fabricar y, por lo tanto, más costosos.
Se trata de tres bobinas de metal encerradas en un cilindro de fibra de vidrio y colocadas alrededor del túnel del imán. Se denominan respectivamente: bobina de X , la bobina Y y la bobina Z .
El paso de una corriente eléctrica en estas bobinas crea variaciones en la intensidad del campo magnético en el túnel, de forma lineal en el tiempo y en el espacio. Dependiendo de su geometría, cada bobina varía el campo magnético a lo largo de un eje específico:
Permiten en particular seleccionar un grosor y un plano de "corte" o sección (transversal, frontal, sagital u oblicua) y determinar la localización espacial de las señales en este plano.
Al seleccionar una de estas bobinas, podemos variar estos parámetros:
Los correctores de campo magnético o calce son dispositivos que se utilizan para compensar los defectos de inhomogeneidad del campo magnético principal B 0 que pueden resultar de factores relacionados con el entorno o simplemente de la presencia del paciente en el túnel.
Los correctores de campo están dispuestos a lo largo del imán. Hay dos tipos que pueden estar presentes en la misma máquina.
Calce pasivoEstas son placas ferromagnéticas. Permiten un ajuste aproximado del campo magnético, en el caso de un entorno perturbador estable.
Calzo activoSon bobinas resistivas o superconductoras, en las que pasa una corriente eléctrica. Las calzas activas permiten un ajuste fino y dinámico durante la presencia de estructuras en movimiento cerca del generador de imágenes o del paciente en el túnel. Realizan una compensación automática siempre que el campo magnético se vuelve heterogéneo.
Nota: La homogeneidad del campo magnético se comprueba cada vez que se realiza el mantenimiento del sistema. A continuación, un técnico o ingeniero especializado calibra finamente las bobinas de calce (hablamos de calce ).Se trata de espirales de cobre, de diferentes formas, que rodean al paciente o la parte del cuerpo a explorar. El principio de medición es el mismo que para los sensores inductivos , es decir, la medición de una tensión inducida por la variación del flujo.
Son capaces de producir y / o recibir la señal de radiofrecuencia ( RF ). Están sintonizados para coincidir con la frecuencia de resonancia precesional de los protones que se encuentran en el campo magnético:
= Frecuencia de precesión = Relación giromagnética = Intensidad del campo magnético principalLo que da en el caso del núcleo de hidrógeno (protón):
Las antenas son muy variables y se pueden clasificar de tres formas diferentes:
Sin embargo, algunos científicos critican el término "antena", considerando que la señal detectada por resonancia magnética no es el resultado de una emisión coherente espontánea de ondas electromagnéticas por los tejidos, sino de un fenómeno de inducción de campo cercano.
Antenas de volumenUna antena sólida es una antena en el centro de la cual se coloca el segmento a examinar. Ella es :
Ejemplos de antenas volumétricas:
También podemos citar: la antena de muñeca , la antena de hombro , la antena de piernas , etc.
Antenas de superficieUna antena de superficie es una antena plana colocada en contacto con la región a explorar. Es un receptor simple y, por lo tanto, solo puede recibir la señal devuelta por los protones, es la antena del cuerpo la que emite el pulso de RF inicial.
Como antena lineal (usada sola), solo permite el examen de pequeños campos de exploración. Es por esta razón que a menudo se acopla a otras antenas de superficie (en cuadratura de fase o en matriz en fase).
Proporciona una muy buena relación señal / ruido en la región de interés siempre que esté correctamente posicionado (lo más cerca posible de la zona de exploración).
Asociaciones de antenasComo hemos visto anteriormente, las antenas se pueden utilizar solas o combinadas para tener una reproducción óptima y permitir el diagnóstico:
En MRI, hablamos de blindaje para ciertos dispositivos destinados a contener los campos magnéticos producidos por la máquina y aislarlos de los campos magnéticos externos que perturbarían la adquisición.
Hay dos protectores en una instalación de resonancia magnética:
Blindaje de ondas de radiofrecuenciaEstá asegurado por la jaula de Faraday formada por una malla de cobre que cubre casi * todas las paredes de la sala de imanes y es impermeable a las ondas de RF. Sin embargo, esta "jaula" solo es visible al nivel del panel de control de vidrio (oscuro aspecto del vidrio) y el marco de la puerta (pequeñas lamas de cobre), estando las placas de cobre ocultas en las paredes, techo y suelo:
Además, existe otro tipo de jaula de Faraday. Miniaturizado, rara vez se utiliza para determinadas adquisiciones, en particular la exploración de los miembros inferiores, con el fin de evitar el artefacto de plegado ( Aliasing ) del miembro contralateral. Este último está rodeado por una pequeña jaula de Faraday y, por lo tanto, no puede responder a los pulsos de radiofrecuencia. Las nuevas soluciones tecnológicas y las soluciones anti-aliasing hacen que su uso sea muy esporádico.
Blindaje de campo magnéticoSu función es acercar las líneas de campo lo más cerca posible al imán y, en particular, llevar la línea de 0,5 mT a la sala de exploración.
Nota: hablamos de la “línea de 0,5 mT” o “la de 5 gauss”. Este es el límite más allá del cual hay un mal funcionamiento o alteración de un marcapasos.Hay dos tipos de escudos de campo magnético según el dispositivo:
El perímetro del campo magnético se llama campo magnético residual. El tamaño del campo magnético residual depende de la fuerza del campo magnético y de si el sistema está blindado o no. Para una resonancia magnética de 1,5 T sin blindaje, un campo superior a 0,5 mT se extiende hasta casi 12 metros desde el isocentro y 9,5 metros a cada lado del imán (debe tenerse en cuenta que la jaula de Faraday no tiene acción de blindaje contra el campo magnético); con blindaje, este campo se reduce a 4 metros del isocentro y 2,5 metros a cada lado del imán.
Nota: Debido al contracampo del apantallamiento activo, el campo magnético es más intenso en la entrada del túnel y debajo de las cubiertas que en el centro del dispositivo (las intensidades pueden casi duplicarse). Esta propiedad puede ser la causa de mareos y sensación de hormigueo en la entrada del túnel durante la emisión de ondas de radiofrecuencia, debido a pequeñas corrientes inducidas en determinadas estructuras nerviosas. Es importante respetar las instrucciones de seguridad y no formar un "bucle" con las extremidades que aumentaría la intensidad de estas corrientes y podría provocar quemaduras y / y mayores mareos.El enfriamiento se define por un cambio repentino de helio líquido al estado gaseoso volátil que luego escapa del tanque.
El principal motivo accidental de este fenómeno es una falla en el sistema de aislamiento térmico debido a la presencia de microporos en las juntas, o incluso una falla en el control del nivel de helio y el escudo térmico de nitrógeno líquido (esta es la causa de accidente más frecuente del "apagar").
Se produce un calentamiento del helio líquido que luego pasa al estado gaseoso, con riesgo de que la evaporación se acelere con la disminución del porcentaje de helio líquido presente en el tanque.
Nota: Este mal funcionamiento puede tener orígenes muy diversos: avería en el circuito de agua enfriada por importantes depósitos de cal , avería en los compresores que provocan la parada del cabezal frío o aumento de presión en el imán, etc.La extinción también puede ser causada voluntariamente por el personal de salud: de hecho, la propiedad superconductora de las IRM modernas significa que el campo magnético principal permanece incluso si no hay más entrada de corriente en la bobina. Cualquier cambio en el valor del campo estático debe operarse con un procedimiento muy estricto y cualquier cambio rápido en el campo estático genera importantes corrientes parásitas. Estos calientan los tanques del imán y aumentan considerablemente el consumo de helio, esto puede conducir a un fenómeno descontrolado que evapora la masa de helio existente y conduce al "enfriamiento" y especialmente al calentamiento del filamento superconductor que puede ser destruido y quemado.
Por lo tanto, para detener el campo magnético, es necesario esperar varias horas (incluso días) a que la muy baja resistencia de la bobina reduzca la intensidad del campo magnético. En caso de peligro inmediato para una persona en la sala de examen, por ejemplo, una persona atrapada entre el imán y un objeto ferromagnético grande (camilla, cilindro de oxígeno, máquina de encerado, etc.), existe riesgo de fractura o incluso asfixia. pues éste y la poderosa fuerza de atracción previene la liberación de la persona sin dañar su integridad física - luego se desencadena el apagamiento :
El helio líquido cambia a un estado gaseoso, la bobina principal se calienta con pérdida de superconductividad y reanudación de la resistividad de la bobina. Finalmente, el efecto Joule (disipación de energía en forma de calor) vuelve a su lugar y la intensidad del campo magnético cae gradualmente.
El helio gaseoso producido normalmente debe escapar al exterior del local a través de un conducto situado encima del imán. Si esta evacuación no se realiza correctamente, el gas helio se escapa hacia la sala de examen. Existe entonces un riesgo significativo de asfixia y quemaduras por frío para el paciente en el túnel, así como riesgo de confinamiento de la habitación: imposibilidad de abrir la puerta de la habitación según su dirección de apertura.
Nota: el gas helio no es un gas tóxico para el cuerpo. Su inconveniente, en este caso, es su relajación del paso del líquido al estado gaseoso para finalmente reemplazar el oxígeno en el aire. De hecho, por 1 litro de helio líquido se obtienen cerca de 700 litros de helio gaseoso; un verdadero problema cuando sabemos que el tanque de una resonancia magnética contiene (cuando está lleno) de 1.650 a 1.800 litros de helio líquido.Cuando ocurre un enfriamiento , sucede que todo el helio presente en el tanque escapa. En este caso, el dispositivo de resonancia magnética ya no se puede usar de inmediato: el tanque debe enfriarse antes de volver a llenarlo, luego reiniciar el campo magnético hasta que esté completamente estable. Entonces es necesario recalibrar la cuña activa y realizar pruebas en maniquíes. Estas operaciones son muy costosas en tiempo y dinero: en pocas palabras, podemos estimar su coste en más de 40.000 euros sin contar las pérdidas potenciales por la imposibilidad de realizar reconocimientos durante el tiempo de vuelta al servicio, que dura, aproximadamente, dos semanas.
La resonancia magnética nuclear aprovecha el hecho de que los núcleos de ciertos átomos (o más bien isótopos atómicos) tienen un momento de giro magnético . Este es particularmente el caso del átomo de hidrógeno 1, que se encuentra en grandes cantidades en las moléculas que componen los tejidos biológicos como el agua (H 2 O) y las moléculas orgánicas . En la RMN (al igual que en la RMN), colocamos los átomos que queremos estudiar en un campo magnético constante. Entonces podemos imaginar los giros de los núcleos atómicos como peonzas que giran sobre sí mismos alrededor de su eje y realizan un rápido movimiento de precesión alrededor del eje del campo magnético (movimiento llamado precesión de Larmor ). Esta frecuencia de precesión es exactamente proporcional a la intensidad del campo magnético (que son unos pocos tesla para las máquinas de resonancia magnética actuales). A continuación, se aplica a estos átomos una onda electromagnética a una frecuencia particular conocida como frecuencia de resonancia o frecuencia de Larmor . De hecho, para que el campo oscilante de la onda electromagnética pueda tener un efecto notable sobre los espines, su frecuencia debe ajustarse al movimiento de precesión de estos espines (fenómeno de resonancia). Dado que la frecuencia de Larmor es diferente para diferentes isótopos atómicos (debido a una relación giromagnética diferente), una elección acertada de esta frecuencia hace posible apuntar qué átomos vamos a detectar. En MRI utilizamos principalmente átomos de hidrógeno cuya frecuencia de resonancia ronda los 42 MHz / T , que corresponde al rango de las ondas de radio . En efecto, el átomo de hidrógeno que consta de un solo protón , es muy abundante en los tejidos biológicos y además, su momento magnético nuclear es relativamente fuerte, por lo que la resonancia magnética del hidrógeno da lugar a un fenómeno de resonancia muy claro y fácil de detectar. .
Incluso si en realidad son fenómenos cuánticos , podemos imaginar, pictóricamente, que bajo el efecto del campo magnético estático, los momentos magnéticos de giro se alinearán gradualmente en una dirección inicialmente paralela a la ci y darán lugar a una magnetización general en la dirección del campo , llamada dirección longitudinal . Por costumbre, notamos esta dirección de la letra . y se nota la magnetización longitudinal resultante de la suma de estos momentos magnéticos . De hecho, solo una proporción muy pequeña (alrededor del 0,001%) de los momentos magnéticos nucleares se alinean en la dirección , la inmensa mayoría no tiene una orientación estable debido a la agitación térmica , sin embargo, esta pequeña proporción de espines que se "alinean" es suficiente para ser detectada. , razón por la cual descuidamos el resto de momentos magnéticos del 99,999% restante que estadísticamente se compensan entre sí.
Cuando apliquemos la onda magnética de radiofrecuencia oscilante a la frecuencia de Larmor, arrastraremos los momentos magnéticos que luego se desviarán gradualmente del eje para ir y se colocarán perpendiculares a su eje inicial, un poco como un paraguas que se abriría pero además el los giros continúan su rotación alrededor del eje . A esto se le llama movimiento de precesión .
La onda magnética oscilante, señalada, tendrá por tanto la función de "inclinar" los momentos magnéticos de giro para colocarlos en un plano perpendicular a la dirección del campo estático . Esto se llama excitación: cuanto más dure, mayor será la proporción de momentos magnéticos que se habrán inclinado y, por lo tanto, más disminuirá la magnetización longitudinal (en la dirección ).
Cuando se interrumpe el campo oscilante, los momentos magnéticos que se han desviado de su eje inicial volverán hacia la dirección sin dejar de girar. Este movimiento de rotación de los espines se puede medir en forma de una señal oscilante que tiene la misma frecuencia que la onda de excitación. Es esta señal, llamada precesión, la que se mide por RMN y MRI utilizando una antena receptora.
Relajación longitudinal (T1)A medida que los momentos magnéticos vuelven a la dirección del campo estático , la señal oscilante que emiten disminuye, hasta desaparecer cuando todos los momentos magnéticos vuelven a alinearse longitudinalmente, es decir en la dirección . El tiempo que tardan los momentos magnéticos nucleares en recuperar su alineación longitudinal (es decir, en la dirección ) se denomina tiempo de relajación longitudinal y se indica T1.
Al observar el valor de equilibrio de la magnetización longitudinal (cuando todos los espines están alineados), podemos dar la ley de evolución del "rebrote" de la magnetización longitudinal después de haber aplicado una excitación que hubiera provocado que todos cambiaran. tiempo :
Este fenómeno de relajación (es decir, el retorno al equilibrio) por lo tanto sigue una dinámica exponencial , entonces tomaría un tiempo infinito para que todos los espines estén alineados, por lo que definimos como tiempo T1 el tiempo necesario para recuperar el 63% de la magnetización longitudinal en equilibrio.
Este tiempo de relajación T1 depende de la agitación molecular en el tejido que se observe. Sigue una curva en forma de U invertida: si la agitación molecular es muy débil, los átomos de hidrógeno tardarán en volver al equilibrio (este es el caso de los tejidos duros como los huesos ). Si la agitación de las moléculas de agua es muy fuerte, como es el caso de líquidos como el líquido cefalorraquídeo , el recrecimiento también es lento. Por otro lado, si la agitación es moderada (es decir, con una constante de tiempo alrededor de la frecuencia de Larmor) como en la grasa o en la materia blanca , entonces el tiempo T1 es relativamente corto. Estos diferentes T1 giran alrededor de 1 segundo para un campo de 3 tesla.
Relajación transversal (T2)Además, la agitación molecular también contribuye a otro fenómeno: mientras que en teoría los momentos magnéticos deberían rotar todos coherentemente alrededor del eje , es decir, con una diferencia de fase constante, la agitación molecular significará que los átomos no estarán en un entorno físico-químico constante y por lo tanto, su frecuencia de Larmor tampoco será perfectamente igual a la frecuencia de Larmor teórica. En consecuencia, los diferentes momentos magnéticos tenderán a estar desfasados. Esto da como resultado una disminución de la señal relacionada con su rotación sincrónica en el tiempo, conocida como tiempo de relajación transversal anotado T2.
Este tiempo T2 mide la desaparición de la magnetización transversal, es decir de la magnetización resultante del hecho de que los momentos magnéticos son sincrónicos en su rotación en el plano transversal, perpendicular a donde fueron traídos por la onda de excitación oscilante . Nuevamente, este es un fenómeno que sigue una ley exponencial (esta vez decreciente):
Inhomogeneidades de campo (T2 *)En un sistema idealizado, todos los núcleos preceden con la misma frecuencia. Sin embargo, en sistemas reales, las inhomogeneidades del campo magnético principal conducen a una dispersión de las frecuencias de resonancia alrededor del valor teórico ( efecto fuera de resonancia ). Con el tiempo, estas irregularidades acentúan el cambio de fase de la magnetización transversal y la pérdida de señal.
Por tanto, la relajación transversal observada se describe mediante un tiempo T2 *, generalmente mucho menor que el "verdadero" T2:
donde T2 'describe la pérdida de señal resultante exclusivamente de la falta de homogeneidad del campo magnético principal. Para las moléculas estáticas, esta decoherencia es reversible y la señal se puede recuperar realizando un experimento de eco de espín.
La localización espacial de los átomos se obtiene agregando un gradiente direccional sobre el campo magnético básico ( ) gracias a las bobinas de gradiente de campo magnético . La relajación de los protones se verá modificada por la variación del campo magnético. Las técnicas de procesamiento de señales que utilizan algoritmos rápidos de transformada de Fourier permiten localizar el origen de la señal.
La resolución espacial está vinculada a la intensidad del campo magnético (hoy en día, en 2006 , los dispositivos utilizan un campo de 1 a 3 Tesla ) y la duración de la adquisición (en general unos diez minutos). Actualmente se está logrando una resolución del orden de un milímetro .
Modificando los parámetros de adquisición de resonancia magnética, en particular el tiempo de repetición entre dos excitaciones y el tiempo de eco, tiempo entre la señal de excitación y la recepción del eco, el usuario puede modificar la ponderación de la imagen, es decir, mostrar las diferencias. de tiempo T1 y tiempo T2 de los diferentes tejidos de un organismo. Los tejidos con diferentes tiempos T1 y T2 dependiendo de su riqueza en átomos de hidrógeno y dependiendo del entorno en el que evolucionen, pueden devolver diferentes señales si podemos demostrar estas diferencias de tiempo. Para hacer esto, probamos la respuesta de los átomos después de excitaciones particulares.
Los diferentes tejidos tienen diferentes T1. Después de la estimulación por radiofrecuencia con un tiempo de repetición corto, no se permite que los átomos de hidrógeno de algunos tejidos vuelvan a una posición de equilibrio, mientras que, para otros átomos de hidrógeno de otros tejidos, el tiempo es lo suficientemente largo para que haya un retorno al equilibrio. Cuando medimos el estado energético de los átomos de los tejidos, notamos diferencias de estado entre estos diferentes átomos. Si nos dejáramos demasiado tiempo, todos los átomos tendrían tiempo de volver a una posición de equilibrio y ya no notaríamos diferencias entre los diferentes tejidos.
Los diferentes tejidos tienen diferentes T2. Después de la estimulación por un tiempo de eco prolongado, encontramos disminuciones de energía de mayor amplitud entre los tejidos. Las diferencias de T2 son más discriminatorias si el tiempo de eco es largo.
Ponderación T1Los parámetros de ponderación:
Utilizando un tiempo de repetición corto y un tiempo de eco corto (neutraliza las diferencias de tiempo T2), obtenemos un contraste de imagen ponderado en T1, el llamado ponderación "anatómica": en la ponderación T1 en el cerebro, la sustancia blanca aparece más clara que la materia gris . El líquido cefalorraquídeo , ubicado entre la sustancia gris y el hueso, aparece mucho más oscuro.
Estas secuencias también se utilizan después de la inyección de un producto de contraste , para caracterizar una anomalía.
Ponderación T2Los parámetros de ponderación:
Utilizando un tiempo de repetición prolongado (neutraliza las diferencias de tiempo T1) y un tiempo de eco prolongado, obtenemos el llamado contraste de imagen ponderado en T2, también conocido como ponderación "tisular": aparecen agua y edema en hiperseñal.
Densidad de protonesLos parámetros de ponderación:
Utilizando un tiempo de repetición largo (2000 ms a 3000 ms ) y un tiempo de eco corto (menos de 30 ms ), se obtiene un contraste de imagen de densidad de pseudo protones (tejido> líquido> grasa). Solo los elementos tisulares con baja densidad de protones, como los meniscos, serán hipointensos en comparación con los fluidos libres que presencian una patología articular subyacente. Utilizando un tiempo de repetición más largo (5000 ms ) y un tiempo de eco corto (menos de 30 ms ), se obtiene un contraste de imagen de densidad de protones verdadera (líquido> tejido> grasa).
La secuencia de resonancia magnética más clásica es sin duda la secuencia de eco de espín. Este último se divide en:
Esta secuencia permite ponderaciones de T1, T2 y densidad de protones. Ya no se usa porque el tiempo de adquisición es demasiado largo porque se necesitan alrededor de 50 minutos para adquirir un corte en una matriz de 256².
Secuencia rápida TSE / FSETSE para Turbo Spin Echo y FSE para Fast Spin Echo (el nombre de la secuencia depende de los fabricantes pero el principio es idéntico).
La técnica combina el método de eco de gradiente y eco de espín para una adquisición más rápida pero más sensible a los artefactos.
El principio de estas técnicas permanece basado en un ángulo de pulso de radiofrecuencia (generalmente 40 ° ) llamado ángulo de Ernst intermedio entre la secuencia SE e IR con tiempos de repetición más cortos (300 ms ), esta técnica aplicada en campo alto permite 'evitar ciertos artefactos debidos a giros móviles.
Inversión-Recuperación Secuencia IRT1 o FLAIRT1 o TRUET1Enviamos un pulso a 180 ° , luego esperamos un período T durante el cual ML (proporcional a la intensidad longitudinal) ha aumentado. Después de T, se envía un pulso de 90 ° , que hace que ML se incline, obteniendo así una corriente medible y, por lo tanto, una señal vinculada a T1.
Secuencia STIR(= Recuperación de inversión de Tau corta )
El propósito de las secuencias STIR es cancelar la señal de grasa.
Secuencia FLAIR o FLAIR T2Se trata de una secuencia de inversión-recuperación ponderada en T2 en la que se ha “suprimido” la señal del agua libre (y por tanto del líquido cefalorraquídeo), que luego aparece en la hiposeñal, adaptando el tiempo de inversión. Esta secuencia es muy utilizada en la exploración cerebral (en particular de la corteza y las paredes ventriculares), edemas , necrosis o incluso gliosis .
Eco de gradiente Gradiente de difusiónLas técnicas de gradiente de difusión miden el movimiento browniano de las moléculas de agua en los tejidos. Esto permite deducir de ella información sobre las inhomogeneidades de los tejidos y, en particular, de la sustancia blanca del tejido nervioso. Para ello, las medidas de difusión se realizan en un número mayor o menor de direcciones (de 6 a más de cien) lo que permite calcular los tensores de difusión en cada vóxel . A partir de ahí, es posible definir la dirección media de las fibras que pasan en cada uno de los vóxeles y reconstruir la trayectoria de los principales haces de fibras utilizando algoritmos de tractografía determinista o probabilística. Esta dirección media viene dada por la dirección adecuada asociada con el mayor valor propio del tensor de difusión. Muy a menudo, los algoritmos deterministas interpolan las direcciones de cada vóxel contiguo en función del grado de anisotropía (medido por la fracción de anisotropía) y del ángulo formado por dos direcciones medias de vóxeles contiguos.
Saturación de grasas (o grasas )Fat Sat es una técnica que se utiliza para suprimir la señal de la grasa en la resonancia magnética.
Es un método que utiliza la ligera diferencia en la frecuencia de resonancia de los protones de los átomos de hidrógeno presentes en la grasa en comparación con los de la molécula de agua. Esta diferencia es de aproximadamente 220 Hz (a 1,5 Tesla). Por tanto, enviamos una radiofrecuencia dirigida específicamente a la frecuencia de la grasa para saturarla antes de recoger la señal para el corte.
Ventajas :
Desventajas:
La resonancia magnética, como todas las demás técnicas de imágenes médicas, no es una excepción a la creación de imágenes falsas : artefactos.
Los artefactos son imágenes observables que, en su mayor parte, no tienen, estrictamente hablando, realidad anatómica. Pueden evitarse o minimizarse modificando determinados parámetros de adquisiciones o reconstrucciones. Sin embargo, algunos de ellos son útiles para el diagnóstico.
Artefactos de movimientoEl artefacto de movimiento es uno de los artefactos más frecuentes. Como sugiere su nombre, se forma cuando hay traslación en el espacio del segmento estudiado durante la adquisición. Hay dos tipos de movimientos encontrados:
Dan como resultado la dispersión de la señal: imagen borrosa de la estructura en movimiento.
Pero también (en particular para los movimientos periódicos) errores en la localización de la señal: "fantasmas" o imágenes fantasma ; de hecho, cuando hay movimiento durante diferentes codificaciones de fase, se atribuirán al mismo protón varios valores de codificación y, por tanto, varias ubicaciones.
Estos errores de localización son visibles solo en la dirección de la fase porque entre dos muestreos de codificación de fase pueden pasar unos segundos durante los cuales tiene lugar un movimiento. Por otro lado, entre dos muestreos de codificación de frecuencia solo pasan unos pocos milisegundos, por lo que es improbable un movimiento de amplitud significativa durante este período de tiempo tan corto.
Esta propiedad es importante porque permite modificar los parámetros según el área diagnóstica de interés del examen. Por ejemplo: cuando se estudia la columna en cortes axiales, la codificación de fase se puede establecer de derecha a izquierda para evitar que el flujo de sangre fantasma de la aorta se proyecte sobre ella. Las técnicas de presaturaciones permiten saturar los espines móviles y evitar sus artefactos en la adquisición de imágenes estáticas (cf respiración abdominal o paso de grandes troncos vasculares o del LCR en la región espinal especialmente a partir de 1,5 Tesla)) en el área de exploración. .
Artefactos de campo magnético Artefacto metálico de susceptibilidad magnética Artefacto de susceptibilidad magnética Artefacto de heterogeneidad global del campo magnético principal Artefacto de no linealidad de un gradiente de campo magnético Artefactos de pulso de radiofrecuenciaLas antenas transmisoras, que excitan los protones del tejido del que se va a formar la imagen, tienen un perfil de excitación espacialmente limitado. Por lo tanto, la señal recibida no es homogénea y las áreas más cercanas a la antena aparecerán en hiperseñal.
Artefacto de pulso de radiofrecuencia cruzada Artefacto de cruz cortante Artefacto de interferencia de radiofrecuencia externaEste artefacto se debe a la interferencia de radiofrecuencia emitida por dispositivos externos: GSM, 3G, radio, etc.
Artefacto de heterogeneidad de pulsos de radiofrecuencia Artefactos de reconstrucción de imágenesEstos son los artefactos relacionados con el problema de digitalizar la señal (muestreo). Así, si un píxel se cruza con varios objetos, su nivel de gris será una combinación de los niveles de gris resultantes de cada uno de los objetos cruzados.
Artefacto de desplazamiento químico Artefacto de aliasPara generar una imagen 2D, la resonancia magnética impone una fase y una frecuencia de resonancia en los espines (ver arriba) que depende de su posición. Sabemos que la fase es periódica de 2pi, por lo que las áreas del espacio codificadas con una fase de 2pi + phi y phi se superpondrán.
Artefacto de truncamiento (fenómeno de Gibbs)Está vinculado a las interacciones entre los protones y su entorno, fuente de la aparición de contornos falsos.
La angio-MRI o MRA se utiliza para visualizar las arterias con el fin de resaltar anomalías como estenosis , disecciones , fístulas , aneurismas y arteritis. Las arterias cerebral, cervical, renal , ilíaca, pulmonar y aorta son las arterias mejor estudiadas con esta técnica.
La angio-MRI utiliza secuencias de eco de gradiente ultrarrápidas con inyección intravenosa de quelatos de gadolinio . Otras secuencias, como la angiografía de tiempo de vuelo (TOF-MRA) o de contraste de fase (PC), también permiten visualizar fluidos en movimiento sin la inyección de un marcador en particular.
El estudio del tracto biliar y pancreático mediante resonancia magnética de manera no invasiva es un nuevo enfoque para las evaluaciones por imágenes de patologías hepatopancreáticas-biliares.
El método más utilizado actualmente se basa en la magnetización de la hemoglobina contenida en los glóbulos rojos de la sangre . La hemoglobina se encuentra en dos formas:
Por tanto, siguiendo la perturbación de la señal de RMN emitida por esta molécula, es posible observar el influjo de sangre oxigenada, que expulsa la sangre desoxigenada. Cuando una zona del cerebro aumenta su actividad, llega una afluencia de sangre oxigenada gracias a un mecanismo que combina la dilatación de los vasos sanguíneos con varios otros mecanismos poco conocidos, que responde así a la demanda de consumo local de oxígeno del activo. células: esta es la señal BOLD . Adquiriendo imágenes ponderadas en T2 * a un ritmo rápido (aproximadamente una imagen por segundo , o incluso menos), es posible seguir en directo, en forma de película, las modulaciones del flujo sanguíneo vinculadas a la actividad cerebral, por ejemplo durante una tarea cognitiva .
Este método consiste en medir por resonancia magnética parámetros hemodinámicos o de permeabilidad de vasos capilares, cuyos cálculos se derivan de un modelo matemático aplicado a los datos de imagen obtenidos en condiciones específicas. En general, se trata de las llamadas secuencias dinámicas porque tienen una alta resolución temporal, lo que permite seguir la evolución de la intensidad de la señal después de la inyección de un producto de contraste paramagnético. Este método permite calcular el flujo sanguíneo y el volumen de un tejido, y la permeabilidad de los capilares (microvasos) de este tejido. Este método parece muy prometedor en oncología para determinar cuándo un tumor es canceroso, pero sigue utilizándose de forma muy marginal dado el alto nivel técnico requerido. Actualmente, solo las universidades estadounidenses tienen dicho equipo.
El tensor de difusión de imágenes (DTI) es una técnica basada en MRI para visualizar la posición, orientación y anisotropía de los haces de materia blanca del cerebro .
Permite el estudio de la presencia y concentración de determinados metabolitos . Su aplicación aún es poco común, requiere resonancias magnéticas de alto campo (1,5 Tesla mínimo y 3 Tesla para obtener picos bien diferenciados) y formación específica para radiólogos.
Sin embargo, la técnica parece muy prometedora, sobre todo en oncología , por ejemplo, permite diferenciar entre recidiva local y necrosis posradioterapia en una etapa temprana con una precisión que solo una biopsia ( invasiva y en ocasiones de riesgo ) puede igualar.
Una resonancia magnética anatómica de revisión suele durar de 10 a 30 minutos. Un conjunto completo de exámenes suele durar entre media hora y una hora completa. El examen es absolutamente indoloro. El paciente está acostado sobre una mesa de exploración motorizada. Durante la adquisición, no debe moverse: la mesa se mueve automáticamente para pasarla por la antena. Las únicas molestias que se pueden esperar son el ruido perceptible y la sensación de estar encerrado (el cuerpo está en un tubo abierto) que puede causar algunos problemas para algunos claustrofóbicos . En general, el manipulador o manipuladores de radiología médica permanecen en contacto constante con el paciente.
El examen de resonancia magnética se realiza en un paciente en pijama; deberá retirar relojes, joyas, cinturones, llaves, banco, tarjetas con chip o magnéticas, monedas, etc. es decir, cualquier elemento metálico que pueda ser atraído por el imán. Los acompañantes (padres si son niños) también deben separarse de estos accesorios para ingresar a la sala del dispositivo de imagen.
La resonancia magnética tiene la ventaja de proporcionar una buena visualización de la grasa, el agua y, por lo tanto, el edema y la inflamación con buena resolución y buen contraste.
En particular, la resonancia magnética permite obtener imágenes de la fosa subtentorial del cerebro , cuya exploración es difícil en la tomografía computarizada debido al artefacto de endurecimiento de los haces.
Esta imagen no es adecuada para estudiar tejidos pobres en protones como tendones y tejido óseo.
Los elementos anatómicos estudiados por resonancia magnética:
Las contraindicaciones para realizar un examen de resonancia magnética son:
Con las precauciones anteriores, la resonancia magnética es completamente no invasiva (excepto, si hay una indicación, la inyección de producto de contraste ) y sin irradiación .
El efecto del campo magnético alto y el campo oscilante sigue siendo objeto de debate. En personas que trabajan en resonancia magnética (y, por lo tanto, expuestas durante mucho tiempo), se describe un sabor metálico en la boca, mareos.
El examen no está contraindicado en mujeres embarazadas, pero se han descrito lesiones en el ADN de ciertas células de pacientes sometidos a resonancia magnética cardíaca sin que las consecuencias sean claras.