A continuación se van a explicar
los mecanismos en los que se fundamenta la detección y reconstrucción de la imagen
en la RMN. Su comprensión no resulta sencilla, empezando
porque la base que permite este tipo de imagen es de naturaleza cuántica y
siguiendo porque hacen falta herramientas de procesado de señal como la
transformada de Fourier. Después de haber buscado información en diversas
fuentes y de haber hecho discusión, aquí están las conclusiones.
Los pulsos electromagnéticos son clave
en el proceso de obtención de imágenes por resonancia magnética nuclear. El
objetivo de estos pulsos es variar la dirección de los núcleos, que es la dirección del eje formado por todos los
puntos en los que el Spin atómico o momento angular intrínseco es 0. Para que
los pulsos RF consigan cambiar esta dirección deben de estar emitidos a una
frecuencia concreta llamada frecuencia de “resonancia”. Esta frecuencia también
llamada de precesión o de Larmor depende de dos puntos, primero de la
intensidad de campo magnético externo al que están sometidos los núcleos, que
se puede establecer desde menos de 1 a más de 20 Teslas, y por otro lado de la
naturaleza del elemento nuclear (número atómico). Es evidente además que para
que el proceso se pueda producir el número de protones o de neutrones ha de ser
impar, de forma que el Spin neto del núcleo no sea 0 (en todos los casos será
múltiplo de +- ½). El elemento para el que se calibra el sistema en RMN es casi
siempre el hidrógeno, por ser un elemento abundante y distribuido de forma homogénea
dentro del organismo. Existen fundamentalmente tres técnicas con las que se pretenden
obtener la densidad de protones, y los tiempos T1 y T2 que dan información
sobre la composición bioquímica del tejido dónde se encuentran dichos protones,
de manera que se amplían las opciones de contraste.
SATURACION-RELAJACIÓN
Los pulsos RF se emiten con una
fase de Pi/2. Esto quiere decir que el pulso es de una duración determinada, la
suficiente para variar la dirección del voxel en 90º. La distancia entre dos
pulsos consecutivos se puede variar, dependiendo si se quiere esperar a que el
voxel recupere su estado total de equilibrio (dirección magnética) o no, el
contraste de las imágenes obtenidas varía dependiendo de la frecuencia de los
pulsos, por ello a veces esta frecuencia respeta el tiempo de decaimiento
exponencial de TR (que mide la densidad de protones fundamentalmente) y otras veces no, todo depende de lo que se
pretenda ver.
INVERSIÓN-RECUPERACIÓN
Mediante esta técnica se pretende
conocer el tiempo T1 que influye directamente en la forma de la curva
exponencial que describe la recuperación de la dirección de los núcleos. Esta
forma (y por tanto T1) es característica de cada tejido, y por ello este método
es adecuado para mejorar el contraste entre tejidos que tengan una densidad de
protones similar. Lo que se hace primero, al igual que en todas las técnicas de
RMN es someter a los tejido a un fuerte campo magnético para ordenar todos los
núcleos en la misma dirección, después se invierte la dirección 180º mediante
el pulso RF de duración y frecuencia determinadas, se deja que recupere de
forma parcial su dirección durante un tiempo de inversión (TI), que se
establece según la importancia que se quiera dar al T1. Tras esto se emite otro
pulso de 90 grados de inversión y se mide el tiempo de recuperación, al igual
que en la técnica saturación-relajación.
SPIN – ECO
Esta técnica persigue medir T2.
Primero se envía un pulso de 90º, se espera un tiempo t y después se manda otro
pulso de 180º, tras esperar otra vez el tiempo t se mide la señal. Este método en
dos fases se hace para que la falta de homogeneidad en el campo magnético externo
afecte lo menos posible a la medida (la velocidad en la recuperación de la
dirección de un voxel varía dependiendo de la magnitud del campo magnético). Es
posible obtener un número superior de ecos, de forma que se ve potenciada la
señal T2, para ello hay que esperar desde la primera medida t y mandar un pulso
de 180º, volver a esperar t y medir, de manera que la distancia entre pulsos y
entre medidas es 2t en cada eco obtenido.
RECONSTRUCCIÓN Y CODIFICACIÓN DE LA IMAGEN
Además del electroimán principal
que crea el campo magnético para la ordenación de los núcleos, existe otro par
de imánes que crean un campo magnético de gradiente (B) en el eje Z
(longitudinal a lo largo del cuerpo), que se suma al campo principal. Este
gradiente tiene dos funciones:
· Por un lado en la fase de excitación, como ya se
ha dicho, solo reaccionan a las ondas RF los núcleos que tengan una frecuencia
de precesión igual a la frecuencia de los pulsos de ondas. Como esta frecuencia
de precesión varía con los gradientes de campo magnético, solo una pequeña
franja del eje Z (la que tenga el B que
produzca la frecuencia de precesión coincidente con el pulso RF) se va a ver
excitada.
· Por otro lado en la fase de codificación, el FID
detectado por el receptor RF (que puede ser la misma antena que produce los
pulsos) será diferente dependiendo de la parte del gradiente que haya afectado al
voxel responsable de dicho FID. En este sentido es claro que cuanto mayor sea
el campo B menor va ser la longitud significativa de la señal FID, ya que el
voxel volverá a su estado de equilibrio de una forma más acelerada. Además al
hacer la transformada de Fourier (si el campo magnético suplementario tiene la
suficiente pendiente) se puede ver la información de vóxeles pertenecientes a
distintos cortes de forma separada en el dominio frecuencial.
Una vez que se ha seleccionado el
corte hay que extraer la información correspondiente a los ejes X e Y
correspondientes a los píxeles fila y píxeles columna que tendrá la imagen
reconstruida. Esto se hace creando nuevos gradientes de menor intensidad en los
ejes mencionados, lo que produce que las fases del espectro cambien en las
columnas y se produzca una dispersión frecuencial en las filas. Al final se
consigue que cada voxel quede bien caracterizado en una base ortogonal de
exponenciales complejas. Mediante técnicas de integración espectral inversa (IDFTs
básicamente) se extrae la información relativa a los niveles de gris de cada
voxel.
Por último cabe indicar que cuanto
mayor es la pendiente del gradiente creado, mayor serán las diferencias entre
vóxeles adyacentes, permitiendo hacer cortes más finos. Todo ello se traduce en
una imagen de mayor calidad y resolución, a costa eso sí, de que la prueba
requiera un tiempo más largo.
Daniel Moral y Saúl Barrio
Daniel Moral y Saúl Barrio
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