Secuencia funcional espectroscpica de Resonancia magntica en la prctica clnica y sus principales diferencias de la resonancia convencionalOlarte A.1; Orduz I.21 Ana.olano@campusucc.edu.co; 2 Ingrid.orduzb@campusucc.edu.co;

Resumen: La resonancia magntica ha trascendido en la historia de la medicina por su relevante uso como herramienta diagnostica imprescindible en el estudio de diversas patologas, desde su manejo convencional hasta la utilizacin con otros instrumentos que mejoran o complementan la imagen generada amplificando las caractersticas y variabilidades a la hora de analizar el tejido o sistema examinar. Una de estas ayudas diagnosticas son las secuencias funcional de la RMI que emplean diversos mtodos y tcnicas que suman conocimiento sobre dicho instrumento. La secuencia de difusin espectroscpica es una herramienta especial que abarca algunas frente a la RMI convencional y que con su tcnica y aplicacin puede aportar datos que no se podran obtener de la manera normal en que se efecta la resonancia, otorgando ventajas en el hallazgo de anormalidades no visibles y una mayor importancia en su utilizacin.Palabras claves: Campo Magntico, Espn nuclear, Espectroscopia, frecuencia, Magnetizacion longitudinal, Vector, tiempo de relajacin, electrones hidrogeniones, metabolismo celular, secuencia funcional.Abstract: Magnetic resonance imaging has transpired in the history of medicine for their meaningful use as essential diagnostic tool in the study of various pathologies, from conventional management to use with other instruments that improve or complement the image generated by amplifying the characteristics and variability when analyzing the tissue or system examined. One of these diagnostic aids are sequences RMI dissemination of employing various methods and techniques that add knowledge about the instrument. The spectroscopic sequence functional is a special tool that covers some over conventional RMI and its technical and application can provide data that could not be obtained in the normal way in which the resonance is performed, providing advantages in finding abnormalities not visible and greater importance in their use.Keywords: Magnetic field nuclear spin spectroscopy, frequency, longitudinal magnetization, Vector, relaxation time, hydrogen ions electrons, cell metabolism, functional sequence.

1. INTERFAZ DE USUARIO PARA SATURACIN DE LPIDOS EN RESONANCIA MAGNTICA ESPECTROSCPICA DEL CEREBRO HUMANO, Francisco Rivero Campos, Universidad Carlos III de Madrid Escuela Politcnica Superior.2. ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR, fundamentos de qumica orgnica, pagina web: 3 DR. ISIDRO HUETE, departamento de radiologa, escuela de medicina-PUC, DRA, MIRTA LOPEZ, servicio de neurologa, hospital de san pablo de Coquimbo. ESPECTROSCOPIA POR RESONANCIA MAGENETICA EN NEUROLOGIA, volumen XXVI 2002. Ver pgina web 4. Oscar Alejandro Contreras Lizardo, SECUENCIAS FUNCIONALES EN RESONANCIA MAGNTICA (DIFUSIN, DTI, ESPECTROSCOPIA), articulo de neurociencia, Vol. 14, No. 1: 58-68; 2009, INNN, 2009, ver en pgina web: 5. Gili J, Alonso J. Introduccin biofsica a la resonancia magntica en neuroimagen. 1a. Edicin. Tcnicas especiales en RM. Barcelona, 2000:1- 34.

Introduccin La resonancia magntica est relacionada con principios bsicos e indispensables para el completo entendimiento de la formacin de imgenes y el poder de interpretacin de diferentes patologas cuando se presentan. En 1946 fue descubierto por Bloch y por Purcell, quienes utilizaron las propiedades magnticas naturales de los ncleos principalmente en qumica analtica y Bioqumica ganando el premio nobel de fsica en 1952. Para ese mismo ao el Dr. Herman Carre produjo una imagen de una sola dimensin, promoviendo la aplicabilidad de su uso en humanos, como lo hizo Raymond Damadian, un mdico estadounidense al poder distinguir la presencia de tumores y tejido normal al encontrar que la relajacin magntica es distinta en cada uno de estos tejidos sugiriendo su uso para la deteccin de cncer. Por medio de sus estudiaos Damadian pudo emplear las propiedades analticas de la RMN creando la primera mquina de imgenes en 1972, otorgando as la utilidad y evolucin de uno de los ms grandes herramientas de diagnstico en la prctica mdica. Sin embargo P. Lauterbur y P. Mansfieldem propusieron ms adelante la codificacin de fases y frecuencias convirtindose en la base principal de la tcnica actualmente usada en RMI. Asi fue como otros investigadores pudieron generar imgenes en 5 segundos, seguida de la sacuencias en video perfeccionando la tcnica de diferentes mtodos como la resonancia magntica angiografica (MRA) sin la necesidad de contraste y el desarrollo de la resonancia magntica funcional (fMRI) permitiendo el mapeo de las funciones distintas regiones del cerebro que efectan acciones motoras, conducta y pensamiento. Gracias a todos estos avances, P. Lauterbur y P. Mansfieldem recibieron el premio Nobel de medicina por sus aportes en el campo, siendo generadores de una ciencia joven y claramente auge. Una idea equivocada sobre NMR es que conlleve algn tipo de radiacin nuclear, no obstante, aunque es un efecto nuclear, en el sentido de que son los elementos que constituyen el ncleo atmico los que resuenan, esto no conlleva ningn tipo de radioactividad. De hecho la palabra nuclear ha sido eliminada en los entornos mdicos para evitar una preocupacin al paciente, usando la expresin ms neutra de imagen por resonancia magntica MRI.1 Las Bases Fsicas de la RMI estn involucradas en la induccin electromagntica de una imagen con la deteccin de seales dados por fenmenos fsicos. Los dos principales mecanismos incluyen dos procesos el movimiento giratorio o el espn y el movimiento de precesin o alrededor del eje gravitacional, estos fenmenos producen un campo magntico alrededor de los ncleos que poseen un nmero impar de protones y neutrones predominando las cargas positivas y en consecuencia tienen mayor actividad magntica. El Espn nuclear en fsica cuntica se denomina como una magnitud momento angular que describe el movimiento rotatorio de la peonza en un mismo eje, en distintas velocidades de pendiendo de la posicin radial del punto, coincidiendo el eje y el momento angular observndose como vector L en la (figura 1.). Figura 1 Peonza girando con una frecuencia angular (rad/seg) y un momento angular L a lo largo del eje de giro.El espn representa una propiedad particular anloga en la que al igual que los electrones que circulan alrededor del ncleo y generacin campos magnticos determinados por un momento angular. En RMN los protones se pueden aparear con otro protn con un espn antiparalelo al igual que los neutrones. Los pares de partculas que resultan de combinar un espn de signo positivo con otro negativo, da como resultado un espn neto de valor cero. Por esta razn ncleos con un nmero de protones y neutrones impar, dan lugar a un espn neto, donde el nmero de desapareamientos contribuye con al total del nmero cuntico de espn nuclear, denominado I.1 Lo que nos da a entender que cada elemento de la tabla peridica tiene una abundancia natural (Tabla 1.) neta con cada espn nuclear, frecuencia de resonancia e isotopos, resaltando el Hidrogeno como uno de los elementos con mayor frecuencia de resonancia debido al fuerte momento nuclear que lo caracteriza. Normalmente los protones poseen vectores tomando diferentes direcciones y finalmente se anulan, pero cuando estos se exponen a un imn, los ncleos de hidrogeno se alinean, es decir los vectores adquieren una misma direccin temporalmente (Magnetizacin Longitudinal), cuando a este se la aplica una radiofrecuencia con el objetivo de voltearlos electrones se le conoce como (Magnetizacin transversa), la cual permite que la precesin magntica induce elctricamente la seal obtenida del tejido hacia la bobina para la lectura por el equipo.

Tabla 1 Propiedades de elementos con importancia biolgicaEn contrate un imagen por resonancia magntica depende del modo en que se emplee para su reproduccin si se usan seales de RF o pulsos de gradientes, y eligiendo correctamente los tiempos. Aunque hemos relatado de manera concreta la presencia de hidrogeniones y su importancia en la magnetizacin, debemos recordar que el proceso fundamental de la RMN es la relajacin de los tejidos. Hay tres tiempos de relajacin T1, T2 Y T2*, recuperar el equilibrio para la magnetizacin longitudinal se conoce como tiempo de relajacin T1 y el decaimiento de la magnetizacin transversal hasta regresar a cero se denomina tiempo de relajacin T2. Evidentemente es necesario que T1 > T2, ya que no puede haber ningn tipo de magnetizacin transversal despus de que la magnetizacin longitudinal haya vuelto al estado de equilibrio.1 La relajacin se conoce como los movimientos adicionales en la magnetizacin que tienen los espines con su entorno. Para que el vector se forme se necesita que un proceso trmico para que as ocurra el cambio de estado. Es Asi como los movimientos aleatorios (translacin, rotacin y modos de vibracin) van aportar las fluctuaciones para que los espines puedan alterar el estado energtico que determina la eficacia con la cual la magnetizacin nuclear.Es por ello que diversos tejidos en T1 tienen variedad de relajacin, comprendiendo la recuperacin de la magnetizacin longitudinal, el proceso de relajacin en T2 depende de la magnetizacin transversa siendo ms sensible a las oscilaciones moleculares muy lentas dependiendo de menos intensidad esttica que T1. Para las tcnicas de fMRI, sea ms importante que el tiempo de relajacin T2, es el conocido por T2* el cual tiene un proceso caracterizado por la variacin de campo magntico aplicado, haciendo que se experimente de manera diferente el cambio de estado conduciendo una relajacin localizada. En sntesis estos tiempos de relajacin son traducidos en un voltaje que es cuantificado en valores numricos ledos por el equipo y traducidos segn su intensidad en escala de grises (Tabla2) que es lo que finalmente nos permite la visualizacin de tejidos con cada uno de sus matices.

Tabla 2 Valores representativos de tiempos de relajacin para el hidrogeno en diferentes tejido a 1.5T y 37C. La RMI convencional tratada en este artculo se acompaa de secuencias de difusin que son unas series de herramientas que permiten van a aportar una mayor capacidad diagnostica con el principal aumento de su especificidad y sensibilidad de la entidad patolgica, las secuencias funcionales son imgenes en difusin -DWI- , tensor de difusin DTI-, espectroscopia SRM- y perfusin PRM. Sin embargo hablaremos especficamente de la secuencia funcional espectroscpica cerebral por su empleo caracterstico en diferentes patrologas anatmicas, funcionales y bioqumicas, proporcionando informacin qumica del metabolismo celular, sin intervenir de manera negativa en estas, lo cual hace que su uso sea relevante y de interes clnico.

Marco TericoEspectroscopia:El cual es un mtodo invasivo que provee informacin metablica del parnquima cerebral, que se basa en el mismo principio de la radiografia.El cual permite el estudio del metabolismo cerebral in vivo y entrega informacin bioqumica no invasiva de los tejidos.Que registra las seales de los metabolitos presentes en el tejido cerebral (3). Los ncleos atmicos que pueden ser estudiados por la Espectroscopia de resonancia magntica son: 1H, 31P, 13C, 19F y 23Na, la aplicacin ms comn para la medicina incluye al hidrogeno, fsforo y carbn.3 Los tomos de hidrogeno son las ms usados in vivo debido a su natural abundancia y a su sensibilidad magntica.3Fundamentos fsicos:Debido a que Esta tcnica espectroscpica puede utilizarse slo para estudiar ncleos atmicos con un nmero impar de protones o neutrones (o de ambos). Esta situacin se da en los anteriores tomos, ya que esos tipos de ncleos son magnticamente activos, es decir poseen espn, igual que los electrones, porque los ncleos poseen carga positiva y poseen un movimiento de rotacin sobre un eje que hace que se comporten como si fueran pequeos imanes. 2En ausencia de campo magntico, los espines nucleares se orientan al azar. Sin embargo los ncleos con espn positivo se orientan en la misma direccin del campo, en un estado de mnima energa denominado estado de espn , mientras que los ncleos con espn negativo se orientan en direccin opuesta a la del campo magntico, en un estado de mayor energa denominado estado de espn .2

Figura 2 Estados de los espines en un campo magnticoEn el tejido cerebral los ncleos de 1H se encuentran en concentraciones suficientes para ser detectados y estudiados por la ERM utilizando equipos superconductores empleados en clnica. La concentracin normal de metabolitos es diferente en la sustancia gris y la sustancia blanca y vara de acuerdo a la edad del paciente, principalmente durante los primeros tres aos de vida, sin embargo, se puede observar hasta los 16 aos. Esto refleja la maduracin neuronal y el incremento del nmero de axones, dendritas y sinapsisExisten ms ncleos en el estado de espn que en el pero aunque la diferencia de poblacin no es enorme s que es suficiente para establecer las bases de la espectroscopia de RMN. La diferencia de energa entre los dos estados de espn y , depende de la fuerza del campo magntico aplicado H0. Cuanto mayor sea el campo magntico, mayor diferencia energtica habr entre los dos estados de espn2

Figura 3 Estado de espin- b y espin-aMetodologaConsideraciones tcnicas:Los principales componentes de un equipo para medidas de resonancia magntica nuclear. El espectrmetro de RMN consta de cuatro partes: 1. Un imn estable, con un controlador que produce un campo magntico preciso.22. Un transmisor de radiofrecuencias, capaz de emitir frecuencias precisas. 23. Un detector para medir la absorcin de energa de radiofrecuencia de la muestra.2 4. Un ordenador y un registrador para realizar las grficas que constituyen el espectro de RMN.2

Figura 4 Equipo de resonancia magntica y sus componentesPara obtener un espectro de Resonancia nuclear magntica:1. se coloca una pequea cantidad del compuesto orgnico disuelto en medio mililitro de disolvente en un tubo de vidrio largo que se sita dentro del campo magntico del aparato.22. El tubo con la muestra se hace girar alrededor de su eje vertical (90 grados), , lo que determina su rotacin desde el eje z al eje x.23. En los aparatos modernos el campo magntico se mantiene constante mientras un breve pulso de radiacin excita a todos los ncleos simultneamente.24. Como el corto pulso de radiofrecuencia cubre un amplio rango de frecuencias, los protones individualmente absorben la radiacin de frecuencia necesaria para cambiar de estado de espn.25. A medida que dichos ncleos vuelven a su posicin inicial emiten una radiacin de frecuencia igual a la diferencia de energa entre estados de espn. 26. La intensidad de esta frecuencia disminuye con el tiempo a medida que todos los ncleos vuelven a su estado inicial. 27. Un ordenador recoge la intensidad respecto al tiempo y convierte dichos datos en intensidad respecto a frecuencia, esto es lo que se conoce con el nombre de transformada de Fourier (FT-RMN). 2Anlisis y resultadosEl resultado es una grfica o espectro en donde cada punta se caracteriza por:1.- Frecuencia de resonancia: Bajo la influencia de un campo magntico externo, las cargas de los electrones que rodean al ncleo crean un campo opuesto dbil que produce un efecto de escudo sobre el ncleo. 3 Esta frecuencia es proporcional a la fuerza del Campo Magntico que experimenta, debido a que en diferentes ambientes qumicos la densidad de los electrones y por lo tanto el Campo Magntico vara, los ncleos de Hidrogeniones de distintos compuestos van a resonar a frecuencias discretamente diferentes. Estas pequeas diferencias de frecuencias de resonancia se denominan "chemical shift" y convencionalmente se representan en el eje de las X, de derecha a izquierda. 32.- Intensidad de la punta: Se encuentra determinada por la altura o rea bajo la punta y es directamente proporcional al nmero de ncleos que contribuyen a su formacin en un volumen particular, es decir, depende de la concentracin del metabolito , sin constituir una medida directa de ste.3

Figura 5 Curvas de integracinCurva de integracin.La intensidad relativa de una seal en la espectroscopia de RMN protn es proporcional al nmero de protones que contribuyen a la seal.2Para obtener un espectro adecuado es necesario suprimir las seales de los protones del agua y de la grasa que, debido a su gran concentracin en los tejidos, determinan seales que son hasta diez mil veces mayores que las de los metabolitos. Lo metabolitos que rutinariamente se identifican con corto y largo son:1) N-acetil aspartato:Es un marcador neuronal y sus concentraciones disminuyen en diferentes tipos de patologas cerebrales, es localizado en los axones en la materia blanca.2) Colina: La colina forma parte de la membrana celular, su incremento refleja el aumento en la sntesis de membranas o del nmero de clulas tal como se observa en tumores.3) Creatina: En el pico de Creatina contribuyen la fosfocreatina y en menor grado la lisina y el glutatin; tiene un rol importante en el mantenimiento de los sistemas dependiente, adems acta como buffer en los reservorios La creatina es ingerida en la dieta, adems es sintetizada en el hgado, riones y pncreas. 4) Lactato: Los niveles cerebrales de Lactato son muy bajos o se encuentran ausentes. Su presencia indica que lesiones de necrosis o qusticas.5) Mioinositol: Es un metabolito que acta en la neurorrecepcin hormona-sensitiva y es precursor del cido glucurnico, la combinacin de la elevacin con el miositol con la disminucin del N- acetil-aspartato, sugiere enfermedad de alzhimer. 6) Glutamato: Neurotransmisor que acta en el metabolismo de las mitocondrias. 7) Alanina: Es un aminocido no esencial cuya funcin es incierta, se puede incrementar en ciertas lesiones del SNC, observndose esta elevacin en tumores intracraneales tales como los meningiomas.Como se diferencia de la resonancia convencional: Es capaz de caracterizar al tejido en niveles bioqumicos, lo cual sobrepasa por mucho a las imgenes de resonancia magntica convencional, detectando anormalidades que an son invisibles en esta, ya que las anormalidades metablicas con frecuencia preceden a los cambios estructurales.2 No reemplaza a la resonancia magntica convencional pero si la complementa, aumentando la especificidad y la capacidad diagnostica de la resonancia magntica, dependen del mismo principio fsico, para complementar la seal, pero la gran diferencia en la manera de procesar los datos, desplegarlos e interpretarlos, ya que en lugar de imgenes, se obtiene un cuadro de amplitudes en picos comparadas con una respectiva frecuencia.3 La principal diferencia entre las dos tcnicas es que la frecuencia en una exploracin de imagen codifica el espacio mientras que en un estudio de espectroscopia la frecuencia codifica al grupo qumico que origina la seal.5 En la espectroscopia, se ofrece informacin qumica del tejido cerebral que puede expresarse por valores numricos, obteniendo la seal a partir de metabolitos en concentraciones muy inferiores, la cual puede realizarse en ausencia de un gradiente de campo magntico. El espectro que se obtiene en la Espectroscopia por resonancia magntica consta de una serie de picos relativamente estrechos, cuya rea es proporcional al nmero de ncleos detectados en el tejido. En la nitidez de cada pico del espectro influyen varios factores entre los cuales tenemos: la homogeneidad del campo magntico externo, ausencia de homogeneidad del campo magntico dentro de la muestra y el tiempo de relajacin transversal (T2); cuanto ms prolongado es el T2, ms estrecho es el pico del espectro. En la Espectroscopia la homogeneidad del campo debe ser superior a la que se requiere en la resonancia magntica, por lo tanto se requiere de un equipo de 1.5 Tesla. Para la espectroscopia se puede prescindir de bobinas de gradiente de campo magntico aunque stas son necesarias para las tcnicas de localizacin espacial. Aunque no requiere de equipo para procesar imagen, se necesita de un conjunto de hardware y software para visualizar los espectros, calcular la frecuencia de la desviacin qumica y medir el rea de los picos.Conclusiones:Evidentemente, la espectroscopia por resonancia magntica, tiene una gran desventaja frente a la resonancia convenciones y es el hecho, de que los metabolitos en el cerebro que se utilizan en este estudio, se encuentran en concentraciones mili molares, por lo tanto los niveles del agua , la grasa del cerebro y las estructuras vecinas pueden sobrepasar y distorsionar tales seales de los metabolitos de inters, por lo que se deben suprimir estas seales de una forma ms controlada y precisa.Es de gran importancia tener en cuenta que la resonancia magntica convencional evidentemente ha tenido un gran aumento en su sensibilidad, sin embargo la especificad no ha mostrado grandes cambios, por otro la espectroscopia ha incrementado mucho la sensibilidad, generando no solo la evaluacin dela lesin, si no el hecho de poder discernir con gran especificidad si la causa es una lesin tumoral o no.Por otro lado, se debe de tener en claro, que la abundancia de los protones dentro del organismo, genera una gran ventaja en la utilizacin de este medio diagnsticos, como es el hecho de no utilizar medios de contraste o sustancias radiactivas frente a la mayora o gran parte de las mquinas de resonancia magntica, lo genera un amplio ventaja frente a aquellos pacientes con alteraciones renales o algunas patologas en los que estn contraindicadas estas ayudas diagnsticas.BibliografaAlemaen, L. (2010) TCNICAS AVANZADAS DE IMAGEN EN RESONANCIA MAGNTICA PARA LA EVALUACIN DE LA PATOLOGA DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Ver pgina en: http://www.seram2010.com/modules/posters/files/difusin_perfusin_y_espectroscopia.pdfESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA MAGNTICA NUCLEAR, fundamentos de qumica orgnica, (2010) pgina web: www.sinorg.uji.es/Docencia/FUNDQO/TEMA10FQO.pdfDR. ISIDRO HUETE, (2002). Departamento de radiologa, escuela de medicina-PUC, DRA, MIRTA LOPEZ, servicio de neurologa, hospital de san pablo de Coquimbo. ESPECTROSCOPIA POR RESONANCIA MAGENETICA EN NEUROLOGIA, volumen XXVi Ver pgina web: http://escuela.med.puc.cl/publ/cuadernos/2002/espectroscopia.htmlGili J, Alonso J. INTRODUCCIN BIOFSICA A LA RESONANCIA magntic en neuroimagen. (2000) 1a. Edicin. Tcnicas especiales en RM. Barcelona.Lizardo O. 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