capitulo q.pdf

Parcial 1 RM La RM es un fenómeno físico fundamentado en las propiedades mecanicocuánticas de los núcleos atómicos y se basa en la inducción de transiciones entre diferentes estados de energía. Ocurre al someter partículas (electrones y protones) de núcleos atómicos de número impar a un potente camp...

Parcial 1 RM La RM es un fenómeno físico fundamentado en las propiedades mecanicocuánticas de los núcleos atómicos y se basa en la inducción de transiciones entre diferentes estados de energía. Ocurre al someter partículas (electrones y protones) de núcleos atómicos de número impar a un potente campo magnético, de forma que éstos puedan absorber selectivamente energía en la frecuencia de ondas de radio (8 a 130 MHz) dentro del espectro electromagnético. Por otro lado, la imagen por RM en medicina es una técnica diagnóstica en la que se introduce al paciente en un campo magnético creado por un gran imán y mediante la aplicación de ondas electromagnéticas se consigue la “resonancia” de los núcleos de sus átomos y posteriormente se recoge la energía liberada en forma de señal. Dado que los distintos tejidos devuelven una señal específica, ésta se puede transformar en una imagen tomográfica si es tratada adecuadamente, obteniendo imágenes de gran precisión de las distintas partes del cuerpo. La RM es una interacción entre un campo magnético externo, ondas de radiofrecuencia y núcleos atómicos. Cuando se somete a un cuerpo a un campo magnético y posteriormente se lo estimula mediante ondas electromagnéticas (ondas de radiofrecuencia), se consigue la resonancia de los núcleos de sus átomos. La base de la obtención de imágenes radica en medir la energía liberada y el tiempo en que vuelven a su estado de relajación una vez que dejan de estar estimulados. Propiedades de la materia. Diamagnetismo y paramagnetismo Según el comportamiento de un material al ser sometido a un campo magnético, se puede clasificar en tres categorías: paramagnético, diamagnético y ferromagnético. Los materiales paramagnéticos son débilmente atraídos hacia la zona más intensa del campo magnético. Éste alinea todos los momentos magnéticos ya existentes que componen el material, produciendo un momento magnético global que se suma al del campo magnético. Los materiales diamagnéticos son aquellos que son débilmente repelidos hacia las regiones de menor campo magnético. Cuando se introduce un material diamagnético en un campo magnético, se induce en él un momento magnético de sentido opuesto al campo. Por último, los materiales ferromagnéticos son fuertemente atraídos hacia la zona de mayor intensidad del campo. Campos magnéticos y electricidad Gran parte de los fenómenos observables en la naturaleza se pueden entender en forma de interacciones entre fuerzas, como es el caso del electromagnetismo. De forma resumida, esta interacción se basa en el hecho de que los campos magnéticos se generan por partículas cargadas eléctricamente, que están en movimiento. La carga eléctrica es una propiedad intrínseca y fundamental de las partículas elementales que forman la materia. Habitualmente, la materia posee el mismo número de cargas positivas que negativas, por lo que es neutra. Un cuerpo está cargado eléctricamente cuando posee un exceso de carga en uno u otro sentido, siendo entonces capaz de ejercer una fuerza eléctrica con otros cuerpos cargados (las partículas con cargas iguales se repelen y con carga contraria se atraen). Cuando además estas partículas se encuentran en situación de movimiento, aparece la fuerza magnética. Toda fuerza lleva asociado un campo. Se habla en este contexto de campo magnético y campo eléctrico. Tanto las fuerzas como sus campos asociados son magnitudes vectoriales y para ser definidas necesitan una magnitud, una dirección y un sentido. La carga es el elemento básico del campo eléctrico, mientras que el dipolo o momento dipolar magnético lo es para el campo magnético. El momento magnético es un vector perpendicular a la dirección del movimiento que tienen las cargas que lo han generado. Un ejemplo de ello son los electrones girando en torno al núcleo Como se verá en el siguiente apartado, el núcleo del átomo se comporta como un campo magnético similar al de un imán en barra debido a sus protones con carga positiva, mientras que los electrones girando a su alrededor representan el momento magnético. Los campos magnéticos se miden en unidades conocidas como teslas (T). Núcleo atómico. Núcleo de hidrógeno El átomo está formado por tres partículas elementales: los protones y los neutrones, que se encuentran en una pequeña región central denominada núcleo, y los electrones, que giran en torno al núcleo en un área hasta 10.000 veces mayor, la llamada corteza. Sin embargo, prácticamente toda la masa del átomo se concentra en el núcleo, y se llama número másico al número total de protones y neutrones. Los protones poseen carga positiva y los electrones, negativa; por eso, al estar formados por el mismo número de protones que de electrones, los átomos son eléctricamente neutros. El número de protones que tiene un átomo es el número atómico. Los átomos con el mismo número atómico determinan un elemento químico, mientras que el número de neutrones varía en los distintos isótopos que existen de un elemento. El elemento más simple es el hidrógeno, que está formado únicamente por un protón y un electrón. Para la obtención de imágenes en RM se utilizan los átomos de hidrógeno, en cuyo núcleo sólo hay un protón, ya que son los más abundantes en el cuerpo humano. En el cuerpo humano hay gran cantidad de átomos de hidrógeno, debido a su alta proporción en agua. El núcleo del átomo de hidrógeno contiene un único protón, que gira de forma constante alrededor de su eje, actuando como una carga eléctrica en continuo movimiento. Este movimiento intrínseco del protón se llama espín y es la base del magnetismo del núcleo. El espín nuclear es una característica intrínseca del núcleo de hidrógeno. Consiste en que el protón gira de forma continua alrededor de su eje, comportándose, así como un pequeño imán. Cuando el átomo de hidrógeno no se ve sometido a una fuerza externa, muestra una disposición totalmente aleatoria, apuntando en cualquier dirección del espacio; así globalmente existe una anulación mutua y se da un equilibrio electromagnético. Los estudios de imagen por RM se basan en el comportamiento de estos núcleos de hidrógeno bajo la influencia de campos magnéticos externos. Cuando se somete a un paciente a un campo magnético, los protones de los átomos de hidrógeno presentes en los tejidos, que se comportan como pequeños imanes, se alinean con dicho campo magnético, unos en paralelo y otros en antiparalelo (fig. 1.4). Una vez alineados, son estimulados con una onda de radiofrecuencia y cambian su orientación, es decir, los protones entran en resonancia. Al interrumpir la onda de radiofrecuencia, los núcleos liberan energía en forma de onda electromagnética y vuelven a su situación inicial, proceso que se conoce como tiempo de relajación. Este tiempo de relajación y las diferencias en la densidad de protones presentes en los tejidos determinarán la intensidad de la señal. Movimiento de precesión Ya se ha descrito cómo los protones se alinean con un movimiento sobre su propio eje al someter al organismo a la presencia de un campo magnético externo. Este proceso de alineación se acompaña de un movimiento similar al de una peonza, es decir, no gira en una posición vertical exacta, sino que en el extremo del eje dibuja una circunferencia en torno a la dirección del campo magnético hasta que consigue alinearse con él. Este fenómeno se conoce como movimiento de precesión y se produce por la interacción del campo magnético externo y el campo magnético nuclear. En presencia de un campo magnético externo, los protones se alinean con éste siguiendo un movimiento de precesión similar a una peonza, resultado de la interacción del campo magnético nuclear y el campo magnético externo. Ecuación de Larmor Como se ha dicho anteriormente, cuando se coloca a un paciente en un campo magnético externo, los protones se alinean con dicho campo en un movimiento de precesión y a una determinada velocidad angular, denominada frecuencia de precesión de Larmor. Para poder perturbar estos protones, el pulso de radiofrecuencia que se envíe debe ser de la misma frecuencia que la frecuencia de precesión que tienen, y para ello se utiliza la ecuación de Larmor, resultante del producto de dos parámetros: ω = Bo⋅ γ donde w es la frecuencia de precesión en megahercios (MHz), Bo es la fuerza del campo magnético externo (T) y g es la constante o relación giromagnética, característica para cada núcleo, que se mide en MHz/T (en el caso del hidrógeno es de 42,5 MHz/T). Los protones alineados pueden absorber energía cuando son expuestos a ondas de radiofrecuencia, siempre que éstas tengan la misma frecuencia de precesión que los protones, lo que se puede calcular con la ecuación de Larmor. Estados energéticos. Protones en paralelo y antiparalelo En un campo magnético, los protones pueden tener dos estados energéticos: 1. estado paralelo o estado de baja energía, en el que los protones se encuentran alineados con el campo magnético externo. 2.Estado antiparalelo o estado de alta energía, en el que los protones han sido estimulados por ondas de radiofrecuencia (a la frecuencia de Larmor) y han absorbido energía. El vector de magnetización de los protones paralelos tiene el mismo sentido que el del campo magnético externo, mientras que el de los antiparalelos tiene el sentido opuesto. Los protones se reparten casi de forma equitativa entre el sentido paralelo y el antiparalelo, pero siempre existe un pequeño exceso de protones en paralelo, es decir, en estado de baja energía. Aunque esta diferencia es muy pequeña (como ejemplo, en un campo magnético de 0,5 T y a temperatura corporal es de 2 por millón), hace posible la producción de señal en RM. La separación entre los dos niveles de energía –paralelo y antiparalelo– es proporcional al campo magnético, siendo la señal de resonancia magnética mejor cuanto mayor sea el campo magnético aplicado. Dentro de un campo magnético, los protones se reparten en estado paralelo y antiparalelo, con un pequeño exceso en estado paralelo o de baja energía. MAGNETIZACIÓN LONGITUDINAL En RM se trabaja con el momento magnético total, que resulta de la suma de todos los momentos magnéticos individuales de cada núcleo. En ausencia de campo magnético, los protones se distribuyen uniformemente, lo que supone la anulación de sus fuerzas. Recuerde que los protones se alinean con el campo magnético externo al que están sometidos y que habrá más protones en sentido paralelo. El exceso de protones en paralelo origina un vector de magnetización o momento magnético (M), cuya magnitud es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético externo y tiene su misma dirección. Este vector se conoce como magnetización longitudinal, que precesiona sobre el eje del campo magnético externo a la frecuencia de Larmor. La magnetización neta en equilibrio es paralela al eje z del campo magnético externo y se conoce como magnetización longitudinal. El valor de este vector depende de la densidad de protones, de modo que cuantos más protones haya en el tejido estudiado, mayor será su valor. APLICACIÓN DE PULSOS DE RADIOFRECUENCIA Cuando los protones se encuentran en estado de equilibrio, alineados con el campo magnético y formando el vector de magnetización longitudinal, se puede utilizar este vector para obtener la señal de RM, pero no se puede cuantificar porque está en paralelo a las líneas del campo magnético externo. Para hacerlo, se necesita cambiar su posición, lo que se consigue enviando un pulso de radiofrecuencia. Existen dos tipos de pulsos de radiofrecuencia: 1. un pulso de 90°, que hace que el vector de magnetización longitudinal (z) gire en transversal hacia el eje xy, y 2. un pulso de 180°, que hace que la magnetización gire hacia el eje z, pero en sentido opuesto a la dirección del campo magnético principal. MAGNETIZACIÓN TRANSVERSAL La RM puede detectarse sólo si se crea una magnetización transversal, perpendicular a la longitudinal, que es capaz de inducir una tensión a una bobina receptora. Si se aplica un pulso de radiofrecuencia con 90° que además gire de forma sincronizada con los espines en precesión, se logrará que el vector de magnetización longitudinal se aparte de su orientación de equilibrio. Cuando la onda de radiofrecuencia es capaz de inducir en la magnetización neta un giro de 90°, la magnetización longitudinal se convierte en transversal. Un pulso de radiofrecuencia en la frecuencia de Larmor reorienta la magnetización longitudinal hacia el plano transversal, magnetización que podemos detectar. RELAJACIÓN TRANSVERSAL Y RELAJACIÓN LONGITUDINAL Cuando cesa el pulso de radiofrecuencia, los protones que han captado energía comienzan a ceder la energía excedente para volver al estado de equilibrio, fenómeno que se conoce como relajación. La relajación no es un proceso espontáneo, sino que necesita que las estructuras del entorno sean capaces de absorber esa energía, es decir, se produce un trasvase de energía de los protones a las moléculas de su alrededor. Esta cesión de la energía sucede de dos formas de manera simultánea. Por un lado, los protones pierden la fase de precesión y, por otro, vuelven a alinearse con el campo magnético en sentido paralelo. Se denomina relajación longitudinal, relajación T1 o relajación espín-red al fenómeno de realineamiento en paralelo con el eje z. El fenómeno de pérdida energética en el plano xy se denomina relajación transversal o relajación espín-espín, y está relacionada sobre todo con la pérdida de fase de los protones. T1-T2 Cuando cesa el pulso de radiofrecuencia, la energía absorbida por los protones se libera al medio, pasando éstos a un estado de menor energía y recuperando la magnetización longitudinal. Esta recuperación es diferente para cada tipo de tejido, ya que no todos los protones se relajan al mismo tiempo porque se encuentran en distintas estructuras moleculares. El T1 de un tejido se define como el tiempo que tarda en recuperarse el 63% de su magnetización longitudinal. Cuanto más corto sea elT1 de un tejido, es decir, cuanto menos tiempo tarden los protones de sus moléculas de hidrógeno en volver a su estado de reposo y recuperar su vector de magnetización longitudinal, más hiperintenso se visualizará. Un ejemplo es la grasa, que tiene un T1 corto, lo que hace que se muestre con mayor intensidad, más brillante; otro ejemplo es el hígado, que tiene un T1 más corto que el bazo, por lo quela señal del hígado será más intensa que la del bazo. En el cerebro, el líquido cefalorraquídeo tiene un T1 muy largo, ya que los protones de sus moléculas de hidrógeno tardan más en volver a su estado de reposo. Esto se traduce en una señal poco intensa. Por otro lado, como la sustancia gris tiene un T1 más largo que la sustancia blanca, se puede ver la sustancia gris hipointensa con respecto a la sustancia blanca. El tiempo de relajación T2 de un tejidose define como el tiempo que tarda en perderse el 63% de la magnetización transversal o, lo que es lo mismo, el tiempo que tarda en recuperarse el 37% de su valor inicial. El T2 mide por tanto el tiempo que los protones permanecen en fase después de un pulso de radiofrecuencia. Este desfase se ve favorecido por los pequeños cambios magnéticos de los núcleos vecinos de cada protón. El T2 también se denomina relajación espín-espín, porque los protones pierden la coherencia de fase, dejando de precesar sincrónicamente. El agua tiene un T2 largo; por lotanto, todos los tejidos con componente líquido tendrán una señal mayor y se verán hiperintensos; así, por ejemplo, el líquido cefalorraquídeo, que tiene un elevado porcentaje de agua en su composición y por tanto un T2 largo, se verá hiperintenso. En realidad, la relajación transversal se realiza en paralelo a la recuperación longitudinal, por lo que no existen imágenes T1 y T2 puras, sino que todas las imágenes de RM tienen componentes T1 y T2. Lo que sucede es que, al determinar losparámetros de exploración, se elige que cada imagen tenga un predominio T1 o T2, es decir, se eligela potenciación en T1 o en T2 de cada imagen.