APROXIMACIÓN A LA R.N.M.

Transcripción

1 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.

2 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 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.

3 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 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 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: = B 0 : Frecuencia de precesión en Megahercios (MHz). : Constante giromagnética, característica para cada tipo de núcleo. B 0 : 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.

4 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

5 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.

6 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.

7 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.