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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Imágenes por resonancia magnética
Corte sagital de rodilla
Imágenes por resonancia magnética
Corte sagital de columna vertebral
Indicaciones y contraindicaciones
F.J. Cabrero