APROXIMACIÓN A LA R.N.M.

APROXIMACIÓN A LA R.N.M.
1. INTRODUCCIÓN
A la hora de estudiar el ciclo formativo de “técnico superior en imagen para el
diagnóstico” nuestro alumnado se encuentra ante el módulo ·”Técnicas de exploración
radiológica mediante equipos de digitalización de imágenes”. Básicamente dos
técnicas de digitalización de imágenes han existido en medicina desde la década de
1980: El TC y la RNM.
El estudio del TC suele presentar menos problemas al alumnado, porque ya tiene la
referencia de la radiología convencional, con la que además está más familiarizado.
Pero el estudio de los fundamentos y la obtención de imágenes en RNM suele hacerse
muy espinoso, porque trabaja con una serie de parámetros físicos que buena parte del
alumnado desconoce y no siempre son fáciles de entender.
Pretendemos exponer los conceptos básicos que sirvan de punto de partida para
iniciar el estudio de la RNM en el módulo.
La R.N.M. es una técnica de diagnóstico por la imagen de indiscutibles ventajas, que
en la década de 1980 revolucionó la medicina, de la misma forma en la década
anterior lo había hecho el TC.
Al igual que el TC, la RNM permite obtener imágenes de secciones corporales, por lo
que, a priori no parece representar ninguna novedad de importancia.
Sin embargo, ya desde el principio, podía efectuar esas secciones o “cortes” en
cualquier plano. El TC de aquella época sólo permitía “cortes” transversales. Ahora los
modernos TC helicoidales permiten reconstrucciones informáticas en cualquier plano,
pero no imágenes originales.
Podíamos pensar, por lo tanto, que la RNM supuso un leve avance cuantitativo con
respecto a su predecesor, avance que actualmente ha sido neutralizado, pues como
hemos comentado, los TC helicoidales permiten cualquier tipo de corte y
reconstrucciones en 3D.
Pero cuando se observan las imágenes de una y otra técnica, incluso un profano
aprecia una gran diferencia en la calidad de ambas. Las imágenes de RNM dan la
sensación de ser más “reales”, representan las estructuras de forma más fiel y natural.
Además la cantidad de detalles anatómicos, especialmente de estructuras no óseas,
que pueden apreciarse es muy superior en la resonancia.
Esta diferencia de calidad de las imágenes y en la percepción de detalles se debe a
un hecho fácil de entender: Las imágenes de resonancia se obtienen a partir de tres
parámetros y las de TC a partir de uno sólo. Por este motivo es capaz de diferenciar
tejidos que el TC no reconoce como distintos. Además permite obtener imágenes
“funcionales” de un órgano, pues detecta con total precisión el agua en estado libre,
presente en cualquier inflamación. Y rara vez existen procesos patológicos que no se
asocien a inflamación, desde las infecciones a los traumatismos y los tumores.
2. FUNDAMENTO
RNM son las siglas de Resonancia Nuclear Magnética.
Magnética porque está basada en el electromagnetismo.
Nuclear porque el proceso afecta a los protones de los núcleos atómicos.
Resonancia es la capacidad de absorber energía por parte de los protones de
átomos con un número “Z” impar al ser excitados por una onda de radiofrecuencia.
2.1 Magnetismo
El término magnetismo proviene de Magnesia, antigua región de Asia Menor, donde
abundaba el mineral Fe3O4, que los griegos denominaron piedra magnesiana y es
conocida ahora como magnetita. Este mineral posee la capacidad de atraer hacia sí a
objetos de hierro. Asimismo dos trozos de magnetita se atraen o repelen dependiendo
de la zona por la que se aproximen.
El magnetismo es una de las tres fuerzas conocidas que actúan a distancia, junto a la
gravedad y las fuerzas electrostáticas.
1º La fuerza de la gravedad la originan masas y actúa sobre masas.
2º Las fuerzas electrostáticas las originan cargas eléctricas estáticas y actúan sobre
cargas eléctricas.
3º Las fuerzas magnéticas las originan cargas eléctricas en movimiento y actúan
sobre cargas eléctricas en movimiento.
Las dos últimas afirmaciones llevaron a suponer que las fuerzas electrostáticas y
magnéticas están relacionadas mediante un nuevo concepto: el electromagnetismo.
Oersted en 1821 comprobó como una brújula se orientaba hacia un hilo conductor
eléctrico cuando pasaba corriente. El Norte magnético de la brújula dependía del
sentido en que circulara la corriente. Se había descubierto el electromagnetismo.
La unidad de fuerza magnética en el sistema internacional es el Tesla que se define
como la inducción de un campo magnético que ejerce una fuerza de un Newton sobre
una carga de un culombio que se mueva con una velocidad de un metro por segundo
en dirección perpendicular al campo.
El Tesla es una unidad muy grande y por ello se suele usar el Gauss que es 10000
veces más pequeño. Sin embargo en RNM los imanes necesarios son tan potentes
que se prefiere usar el Tesla. La potencia de un equipo de resonancia oscila entre 0.5
y 3 Teslas.
En el cuerpo humano existe un número incalculable de cargas eléctricas positivas
moviéndose y generando así diminutos campos magnéticos alrededor. Se trata de los
protones atómicos. Pero no existe una magnetización neta resultante porque la
dirección de sus movimientos y campos magnéticos es al azar, anulándose entre sí.
2.2 Precesión
Para entender el fenómeno de resonancia es necesario explicar antes el movimiento
de precesión. Este consiste en un movimiento peculiar, de “baile” que se genera en un
cuerpo en rotación. Es fácil entenderlo si observamos a una peonza girando y vemos
tres tipos de movimiento en la misma:
1º Movimiento de rotación sobre su eje, que es el más llamativo.
2º Un segundo movimiento de traslación irregular (en parte debido a las
imperfecciones de la superficie sobre la que se traslada)
3º Un tercer movimiento como de “baile”, conocido con el nombre de precesión que
consiste en un movimiento cónico de su eje de rotación.
Nuestro planeta también tiene un lento movimiento de precesión que dura
aproximadamete 26000 años y causa lo que los griegos (Hiparco y después
Ptolomeo) denominaron precesión de los equinoccios, porque la manifestación más
trascendente del mismo consiste en el cambio total de estaciones una vez cada 13000
años.
Los protones de los átomos de un elemento químico en condiciones de reposo se
encuentran rotando y “precesando”, pero sus ángulos de precesión, están orientados
al azar. El campo magnético que crea ese movimiento es cero, como hemos
comentado, pues se anulan entre sí.
Cuando se someten al efecto de un campo magnético intenso, algunos protones
orientan sus movimientos de precesión en la dirección del campo magnético principal,
pero en ambos sentidos (paralelo y antiparalelo) La mayoría lo hará en paralelo y sólo
una minoría lo hará en sentido contrario. La orientación (paralelo o antiparalelo) sólo la
efectúa un porcentaje ínfimo de protones, pero como el número total en el organismo
es altísimo, el valor absoluto de los protones que han orientado su precesión es muy
elevado. La magnetización neta, en este caso, se sumará a la producida por el imán
principal, pues la mayoría de los protones que se han orientado lo han hecho en
paralelo.
La frecuencia del movimiento de precesión que se ha originado depende del elemento
químico y de la intensidad del campo magnético al que se encuentra sometido y viene
definida por la de Ley de Larmor:
=B0
: Frecuencia de precesión en Megahercios (MHz).
: Constante giromagnética, característica para cada tipo de núcleo.
B0: Fuerza del campo magnético en Teslas (T).
Los protones de los átomos de Hidrógeno, el elemento más empleado en RNM por su
distribución en moléculas como el agua y la grasa, presentes por todo el organismo,
tiene una constante giromagnética de 42 MHz/Tesla.
2.3 Resonancia
La Resonancia Magnética es un fenómeno físico en el que intervienen campos
magnéticos muy intensos y ondas de radiofrecuencia. De forma resumida el proceso
es el siguiente:
Bajo la acción de un poderoso campo magnético, los protones de los núcleos de
algunos elementos químicos se orientan siguiendo las líneas de dicho campo
magnético (paralelo) o en sentido contrario (antiparalelo) y comienzan a realizar un
movimiento de precesión. La frecuencia de precesión varía en función del elemento
químico y la intensidad del campo magnético al que esté sometido. Uno de los
elementos más afectados por este fenómeno es el Hidrógeno, que forma parte de la
composición del agua y de la grasa y por lo tanto se encuentra distribuido por todo el
organismo.
A continuación se somete al organismo a una onda de radio durante un breve instante
(del orden de milisegundos). La frecuencia de esta onda de radio se elige
cuidadosamente de forma que sea idéntica a la frecuencia de precesión de los
protones que nos interesen (habitualmente de los del hidrógeno).
Los protones absorben la energía de las ondas de radio, se excitan y dejan de estar
orientados en la dirección del campo magnético principal, volviendo a orientarse al
azar. Se dice que están en resonancia.
Pasado un tiempo, variable en función de varios parámetros, los protones comienzan a
perder la energía captada para situarse en un nivel energético más bajo y estable y
vuelven a colocarse siguiendo las líneas de fuerza del imán principal. Al hacerlo
liberan energía en forma de onda de radio que puede ser captada por una antena
receptora. Las señales que emiten son analizadas y constituirán la base para la
reconstrucción de la imagen.
El fenómeno de resonancia se conoce desde la década de 1950, en que se demostró
que algunos núcleos atómicos, sometidos a campos magnéticos de alta intensidad,
podían absorber energía de radio y generar a su vez una señal de radiofrecuencia
capaz de ser captada por una antena receptora.
Existe un símil clásico para entender el fenómeno de forma sencilla, que consiste en la
comparación con un grupo de niños que van a ir de excursión. Antes de salir se
encuentran esperando, yendo y viniendo cada uno a su antojo, de forma similar a los
protones atómicos antes de la exploración. A continuación el profesor manda ponerse
en fila para comenzar a andar y los niños empiezan a alinearse, pero algunos no
acaban de incorporarse a la fila y otros miran hacia el compañero de atrás. En el
paciente este es el momento en el que se introduce en el tubo del imán. Ha actuado el
campo magnético principal al que se someten los protones del paciente.
Se ponen en marcha, siguiendo las órdenes del profesor en cada momento, pero
pasan junto a un parque infantil donde otros niños juegan y gritan. En ese momento
los niños se “excitan” viendo a los demás y algunos abandonan la fila para
incorporarse a los juegos y la voz del profesor deja de oírse con el barullo y el griterío
(el griterío sería la onda de radio que emitimos). A medida que el profesor comienza a
gritar para imponer el orden se van incorporando de nuevo los niños y todo vuelve a la
normalidad (cese de la emisión de radiofrecuencia). Los niños vuelven poco a poco a
la fila (relajación). No lo hacen todos a la vez, evidentemente, produciendo distintos
tiempos de relajación que serán muy útiles a la hora de reconstruir la imagen.
En los tejidos del paciente sucede lo mismo. Al principio los protones de sus átomos
de hidrógeno se encuentran situados en diversas orientaciones. Cuando el paciente
penetra en el tubo del imán sus protones se orientan en la dirección del imán principal.
Posteriormente se emite una onda de radio de la misma frecuencia que el movimiento
de precesión de los protones de hidrógeno, lo que provoca la aparición de dos efectos:
1º Sincronización de los movimientos de precesión, es decir se sitúan en fase.
2º Absorción de energía y pérdida de alineamiento.
El resultado es que los protones absorben energía y pueden “escapar” de la acción
del campo magnético y vuelven a alinearse al azar.
Pero la emisión de radio dura sólo milisegundos y poco después los protones
comienzan a perder la energía captada y a emitirla en forma de onda de radio y
vuelven a orientarse en la dirección del imán principal.
2.4 Tiempo de relajación longitudinal T1
Se define como el tiempo que tarda en recuperase la posición de reposo existente
antes de la emisión de la onda de radiofrecuencia. Todos los protones no lo hacen a la
vez, por lo que se toma como referencia el tiempo que tardan en relajarse el 63% de
los protones. Este tiempo es distinto dependiendo del entorno en el que se encuentren
los átomos de hidrógeno. Los protones presentes en agua tardan en relajarse (T1 largo
y señal débil), mientras que la grasa nos dará T1 cortos y señal intensa (blanca y
brillante)
2.5 Tiempo de relajación transversal T2
Cuando los protones son excitados por la onda de radiofrecuencia “precesan” en fase,
de forma coherente. Cuando comienzan a relajarse originan una señal entre todos lo
suficientemente intensa como para que pueda detectarse. Esta señal se va debilitando
a medida que los protones vuelven a su posición de reposo y se desfasan. El tiempo
que tarda en producirse este fenómeno se conoce como tiempo de relajación
transversal o T2. Es lógico suponer que los T2 largos originen una señal más intensa
que los cortos, pues los protones pueden estar más tiempo en fase. El agua tiene un
T2 largo y se verá blanca. La grasa lo tiene corto y se verá más oscura.
Ambos tiempos (T1 y T2) son independientes, porque miden dos fenómenos distintos.
2.6 Densidad protónica. Imágenes potenciadas
Los fenómenos de relajación longitudinal y transversal son posibles porque existen
protones que los realicen. Todas las señales de RNM serán más potentes en aquellos
órganos ricos en átomos de hidrógeno.
Los fenómenos de relajación longitudinal, transversal y la densidad protónica de un
órgano están presentes siempre. Nosotros únicamente pondremos a unos u otros
más o menos en evidencia, controlando los tiempos en los que repetiremos la onda de
radio y cuando leemos la señal de la relajación.
Precisamente las imágenes de resonancia pueden obtenerse potenciando (o
ampliando) cualquiera de los tres anteriores parámetros.
Si potenciamos T1 tendremos una buena visión anatómica de conjunto, con una
amplia gama de grises en la imagen. Elegimos tiempos de repetición (TR) de la
radiofrecuencia y de lectura de la señal (TE) cortos. Conseguimos así que la señal
sea mucho más fuerte en aquellos órganos cuyos protones tengan T1 cortos, porque
son los únicos que pueden relajarse antes de que la nueva señal de radio aparezca.
Para potenciar en T2 debemos alargar TR y TE. Alargando los tiempos podemos ver
qué protones tardan más tiempo en defasarse. Si utilizásemos tiempos cortos todos
estarían en ese momento aún en fase.
Las imágenes potenciadas en T2 ofrecen menos detalles anatómicos, pero detectarán
los T2 largos con señales blancas brillantes. El agua tiene un T2 largo, por lo que se
verá blanca sobre fondo negro. La presencia de agua libre en un tejido se asocia a
inflamación, por lo que la RNM puede detectar pequeñas inflamaciones presentes en
traumatismos, tumores o infecciones en fases precoces.
Para potenciar en Densidad Protónica (DP) trabajamos con TR largo y TE corto. De
esta forma la señal no está influida por las relajaciones longitudinal ni transversal, por
lo que únicamente depende de la cantidad de protones que existan en la zona.
Evidentemente los tiempos TR largos captarán la potenciación T2, pero no la T1. La
lectura con TE corto impediría analizar la señal emitida en T2. Por este motivo la señal
depende única y exclusivamente de la concentración de protones y no de sus tiempos
de relajación.
La última posibilidad, es decir TR cortos junto a TE largos no da señal o muy débil, por
lo que no se emplea.
3. EQUIPO
3.1 Imán.
Se trata de un potente electroimán que necesita refrigerarse a temperaturas próximas
al cero absoluto para ofrecer una mínima resistencia al paso de la corriente eléctrica.
El imán no consume energía eléctrica para producir el campo magnético, pero sí
necesita energía para mantener su temperatura. Otra particularidad es que no puede
desconectarse.
3.2 Gradientes.
Son imanes secundarios orientados en los tres planos del espacio que serán útiles
para determinar el plano de “corte”. Crean un campo magnético secundario que se
sumará al principal. La onda de radio se aplicará con la frecuencia adecuada para que
sólo entren en resonancia los protones del plano del gradiente seleccionado.
3.3 Emisores de radiofrecuencia.
Son los encargados de emitir la onda de radio que excitará a los protones y los hará
“resonar”.
3.4 Antenas.
Detectarán la señal de radio emitida por los protones cuando se relajan.
3.5 Ordenador.
Procesará la información que recibe de las señales de ondas de radio.
3.6 Equipo de aislamiento
El imán es tan potente que atraería hacia sí cualquier objeto metálico que se acercara.
Esto obliga a tomar precauciones a la hora de su instalación. Por ejemplo en la sala
del imán el mobiliario ha de ser de madera encolada sin clavos y los muros de
hormigón se armarán con PVC o cualquier elemento no metálico.
También se colocará alejado de ascensores y aparcamientos, porque las grandes
masas metálicas en movimiento pueden perturbar el campo magnético.
Es necesario proteger la sala de otras ondas de radio ajenas al estudio. No hay que
olvidar que la frecuencia de precesión para los equipos normales se sitúa entre los 21
y los 126 MHz, que se encuentran en la banda de las emisoras de FM comerciales y la
de numerosos aparatos por control remoto incluidos juguetes. Para aislar la sala de
exploración de las ondas de radio ajenas se suele recurrir a un dispositivo denominado
“Jaula de Faraday”
4. CONCLUSIONES
La RNM ha supuesto un importantísimo avance en el diagnóstico por la imagen. Fue la
primera técnica capaz de obtener cortes longitudinales y oblicuos y desde sus
comienzos se mostró muy superior al TC en la exploración de partes blandas en
general y especialmente cerebro, distinguiendo fácilmente las sustancias blanca y gris.
También mostró su utilidad en el estudio de articulaciones como la rodilla o las
intervertebrales.
La ventaja sobre el TC radica en que éste sólo valora la densidad radiológica,
comparable a la densidad protónica, que nos da información general. La RNM además
estudia otros dos parámetros: uno para obtener estudios morfológicos de calidad y el
otro para ver patologías.
5. BIBLIOGRAFÍA
Almandoz, T. (2003) Guía práctica para profesionales de Resonancia Magnética.
Bilbao: Osatek S.A.
Cabrero Fraile, F.J. (2004). Imagen radiológica. Principios físicos e instrumentación.
Barcelona: Editorial Masson.
Oleada Zufiría, L. y Lafuente Martínez, J. (2006) Aprendiendo los fundamentos de la
resonancia magnética. Buenos Aires-Madrid: Editorial Médica panamericana.
Zaragoza, J.R. (1992). Física e instrumentación médicas. Barcelona: Ediciones
científicas y técnicas S.A. Masson-Salvat medicina.