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Resonancia Magnética

TEMA 23

Prof. Francisco Javier Cabrero Fraile

Unidad de Física MédicaDpto. de Física, Ingeniería y Radiología Médica

Universidad de Salamanca

Recuerdo histórico

Principio de la RMN (1946) F. Bloch, W.W. Hansen y M. Packard

E.M. Purcell, M.C. Torrey y R.V. Pound

Aplicación al campo de la química Espectroscopia de RM

Primeras experiencias de RMN biomédica Primeras observaciones médicas en RMN in vitro (1955)

Diagnóstico médicoMétodo de obtención de imágenes (1972)

Primera imagen de un animal vivo (1976)F.J. Cabrero

Unidad de resonancia magnética

F.J. Cabrero

2

Imágenes en resonancia magnética

Resonancia magnética

A. Fundamentos Físicos

B. Recursos Técnicos

F.J. Cabrero

A. Fundamentos Físicos

Campo magnético Radiofrecuencia

Núcleos de hidrógeno

Absorción de energía: RESONANCIA

Liberación de energía: RELAJACIÓN

Señal de relajación

Imagen de RMF.J. Cabrero

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Se coloca al paciente dentro de un imán (1), se le envía una onda de

radiofrecuencia (2), se interrumpe la onda de radio (3) y se recibe la

señal emitida por el paciente (4) que se utiliza para reconstruir la imagen (5)

F.J. Cabrero

Fundamentos físicos

1. Comportamiento magnético de los núcleos atómicos

2. Fenómeno de resonancia magnética

3. Fenómeno de relajación

4. Resonancia frente a relajación

F.J. Cabrero

Comportamiento magnético de los núcleos atómicos:

1. Comportamiento individualizado de los protones

Sγμ

F.J. Cabrero

4

En realidad, en RM se consideran dos tipos de

momentos magnéticos ...

+

M

S

Sγμ

μM

F.J. Cabrero

Comportamiento magnético de los núcleos atómicos:

2. Comportamiento magnético de los núcleos atómicos

Estudios de imagen mediante RMN

Núcleo más interesante: 1H

Elemento más abundante en el organismo.

Núcleo técnicamente más fácil de tratar con campos magnéticos.

Núcleos 1H 31P 23Na 13C

Constante

giromagnética

(MHz T-1)

42,58 17,24 11,26 10,71

F.J. Cabrero

Comportamiento magnético de los núcleos atómicos:3. Comportamiento de los protones de un volumen elemental de materia

Sin influencia de campos

magnéticos externos

Acción de un campo

magnético intenso B0

N

S

F.J. Cabrero

5

En realidad, la interacción de los momentos magnéticos

o con un campo magnético exterior se traduce por:

1. Orientación del momento

μ

M

0B

0B

1

2

0B

F.J. Cabrero

1. Orientación del momento

z

0B

zM

zMF.J. Cabrero

En conclusión, la magnetización que aparece cuando el paciente es

colocado en el imán de una unidad de RM se encuentra en la dirección y

sentido del campo magnético externo (magnetización longitudinal, Mz).

x

y

z

F.J. Cabrero

6

0 Bγ ΔE

2. Energía de interacción

F.J. Cabrero

3. Movimiento de precesión

0B

F.J. Cabrero

πγ Bπων 22 000

00 γ Bω

3. Movimiento de precesión

F.J. Cabrero

7

Fenómeno de resonancia magnética

z

y

x

z

y

x

Pulso de

radiofrecuencia

F.J. Cabrero

Fenómeno de relajación:Descenso de la magnetización transversal

y recuperación de la magnetización longitudinal

0zM

xyM

zM

0xyM

F.J. Cabrero

Fenómeno de relajaciónMagnetizaciones longitudinal y transversal en función del tiempo,

después de interrumpir el pulso de radiofrecuencia: curvas T1 y T2

Mz

Tiempo0

Mxy

Tiempo0

Curva T1 Curva T2

F.J. Cabrero

8

Fenómeno de relajación

Relajación longitudinal o T1

Mz

Tiempo0

63%

T1A T1B

AB

F.J. Cabrero

Fenómeno de relajación

Relajación transversal o T2

Mxy

Tiempo0

37%A B

T2A T2B

F.J. Cabrero

Resonancia frente a Relajación

z

y

x

Pulso de

radiofrecuencia

z

y

x

z

y

x

z

y

x

z

y

x

(a)

(d) (e) (f)

(b) (c)

F.J. Cabrero

9

Caída libre de la inducción (FID)

Tiempo

Señal

T2*

F.J. Cabrero

Excitación (a) frente a relajación (b)

z

y

x

z

y

x

(a) (b)

F.J. Cabrero

B. Recursos Técnicos en

Resonancia Magnética

Para la obtención de la imagen será necesario:

• Disponer de un campo magnético intenso.

Imán del aparato de RM• Intensificar la señal emitida por el volumen elemental de tejido.

Secuencias de pulsos• Limitar el proceso de resonancia-relajación a un solo plano.

Gradientes• Captar adecuadamente desde el exterior la señal emitida.

Antenas

• Realizar el tratamiento informático que convierta las

señales recibidas en una imagen. F.J. Cabrero

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Secuencias de pulsos

spin eco

saturación recuperación

saturación parcial

inversión recuperación

secuencias rápidas

etc.

Intensificar la señal de RF emitida en el proceso de relajación por los protones

Pulsos de RF separados por pausas (secuencia)

SE

CU

EN

CIA

S

F.J. Cabrero

Secuencia spin eco

z

xyM

z

2

1

z

2

1

12

(b)(a)

(c)

Pulso de 90º

Pulso de 180ºz

(d)

t = TEt = TE/2

La curva T2 conecta las intensidades de los distintos ecos:Los pulsos de 180º invierten los desfases de los protones y hacen que éstos

vuelvan a estar “casi en fase”, generando señales de spin eco en sucesivos TE

Tiempo

Señal

T2

180º

180º 180º 180º2TE 3TE 4TE

T2*

T2*T2*

T2* T2*

TE

11

Secuencia spin-eco estándar

TR

TE/2

TE

90º 180º 90º 180º

Eco Eco

F.J. Cabrero

Curvas T1 de dos tejidos con diferentes tiempos de

relajación longitudinal

Señal

Tiempo0 TR corto TR largo

A

B

F.J. Cabrero

Imágenes potenciadas en T1

F.J. Cabrero

12

Curvas T2 de dos tejidos con diferentes tiempos de

relajación transversal

Señal

Tiempo0

TE corto TE largo

AB

F.J. Cabrero

Imágenes potenciadas en T2

F.J. Cabrero

Comportamiento de distintas estructuras orgánicas

T1 T2

Estructuras

cerebrales

Sustancia blanca Blanco Gris oscuro

Sustancia gris Gris Gris claro

LCR Negro Blanco

Lesión cerebral Hiposeñal Hiperseñal

Otros

Grasa

Agua, líquidos, quistes

Hueso

Blanco

Negro / gris oscuro

Negro

Gris

Blanco

Negro

F.J. Cabrero

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Imagen potenciada en densidad protónica

F.J. Cabrero

Otras secuencias de pulsos

Secuencia de saturación recuperación (a)

Secuencia de saturación parcial (b)

TR

90º 90º 90º

TR

90º 90º 90º90º 90º

(a)

(b)

F.J. Cabrero

Otras secuencias de pulsos

Secuencia de inversión recuperación

TR

90º180º 180º

TI

F.J. Cabrero

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Otras secuencias de pulsos

Secuencias rápidas

Secuencias rápidas de eco de gradienteFLASH (fast low-angle shot)

GRASS (gradient-recalled acquisition in the steady state)

SSPF (steady state of free precession)

...

Técnicas ultrarrápidas

F.J. Cabrero

Gradientes en resonancia magnética

Gradiente de selección de corte (Gz)

Gradiente codificador de frecuencia (Gx)

Gradiente de codificación de fase (Gy)

F.J. Cabrero

Gradiente de selección de corte

MHZPulso de RF

B A

Tesla

F.J. Cabrero

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Gradientes de selección X-Y

y

z

x

Gradiente codificador de frecuencia Gx

Gra

die

nte

de

codif

icació

n d

e fa

se G

y

F.J. Cabrero

Gradiente codificador de frecuencia (Gx)

w0 w0 w0

w0w0w0

y

x

Ausencia de gradiente

w2 w3

w3w2

y

x

w1

w1

(a) (b)

Gradiente codificador de frecuencia

Gradiente de codificación de fase (Gy)

w’2

y

x

w’1

Gradiente de

codificación de fase

y

x

w0

w0

Ause

nci

a de

gra

die

nte

(a) (b)

y

x

(c)

f1

f2

f1

f2

w0

w0

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Bobinas o Antenas

Bobinas o antenas de volumen Bobina o antena corporal

Antena de cabeza

Antenas de superficie

Otras bobinas Bobinas de compensación

Bobinas de gradientesF.J. Cabrero

Otras antenas

Otras antenas

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Técnica multicortes

Equipos de resonancia magnética

F.J. Cabrero

Diseño de un aparato de RM

x

y

z

Sistema de bobinas de gradiente

(gradiente z)

Sistema de bobinas de gradiente

(gradiente x)

Sistema de bobinas de gradiente

(gradiente y)

Imán principal

Imán

principal

Camilla

Bobina receptora

de radiofrecuencia

F.J. Cabrero

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Resonancia magnética vascular

ARM: vascularización pélvica

Resonancia magnética vascular

ARM: polígono de Willis

Resonancia magnética vascularARM: adquisición 3D con algoritmo de selección de cortes de intensidad máxima (MIP)

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Los medios de contraste

Medios de contraste de administración intravenosaEjemplo: gadolinio-ácido dietilentriaminopenta-acético (gadolinio-DTPA)

Medios de contraste oralesEjemplo: bromuro de perfluoroctilo (PFOB)

F.J. Cabrero

Imágenes por resonancia magnética

Corte sagital de cabeza y cuello

Imágenes por resonancia magnética

Corte parasagital de tobillo

20

Imágenes por resonancia magnética

Corte sagital de rodilla

Imágenes por resonancia magnética

Corte sagital de columna vertebral

Indicaciones y contraindicaciones

F.J. Cabrero

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Material Didáctico

Canal Ligero (Web)Aplicación: Resonancia Magnética.

Características: Software Multimedia Interactivo.

Presentación: Resonancia Magnética.

Características: PDF.

F.J. Cabrero