PRINCIPIOS FISICOS PRINCIPIOS FISICOS RESONANCIA RESONANCIA MAGNETICAMAGNETICA

TR. José Hurtado B.TR. José Hurtado B.Hospital Militar “Dr. Alejandro Dávila B.”Hospital Militar “Dr. Alejandro Dávila B.”Hospital BautistaHospital Bautista

Teoría AtómicaTeoría Atómica

Las señales MR son creadas por la Las señales MR son creadas por la manipulación de los núcleos de un átomo manipulación de los núcleos de un átomo através de la interacción con energía através de la interacción con energía electromagnética. La teoría atómica electromagnética. La teoría atómica simple inicia con una discusión de la simple inicia con una discusión de la estructura atómica y como comporta el estructura atómica y como comporta el núcleo atómico en la IMR.núcleo atómico en la IMR.

Estructura AtómicaEstructura Atómica

Toda materia esta compuesta de átomos. Toda materia esta compuesta de átomos. Todo átomo contiene tres partículas Todo átomo contiene tres partículas subatómicas: subatómicas:

1.1. ElectronesElectrones ( con carga negativa) ( con carga negativa)

2.2. ProtonesProtones (con carga positiva) (con carga positiva)

3.3. NeutronesNeutrones (no tienen carga) (no tienen carga)

La única excepción es la forma mas común de La única excepción es la forma mas común de hidrogeno que contiene un electrono y un hidrogeno que contiene un electrono y un protón y no tiene neutrones.protón y no tiene neutrones.

Los neutrones y protones ocupan un pequeño Los neutrones y protones ocupan un pequeño volumen central del átomo, llamado el núcleo. volumen central del átomo, llamado el núcleo.

Los electrones ocupan el volumen más grande Los electrones ocupan el volumen más grande del átomo, el espacio circundante del núcleo.. del átomo, el espacio circundante del núcleo.. Los electrones ocupan el volumen mas grande Los electrones ocupan el volumen mas grande del átomo, el espacio alrededor del núcleo. El del átomo, el espacio alrededor del núcleo. El comúnmente referido como la nube del comúnmente referido como la nube del electrono.electrono.

Notación AtómicaNotación Atómica

Numero de masa = Numero total de protones y Numero de masa = Numero total de protones y neutrones en un átomo. neutrones en un átomo.

Numero Atómico= Numero total de protones para Numero Atómico= Numero total de protones para cada átomo.cada átomo.

IsótoposIsótopos = átomos del mismo elemento = átomos del mismo elemento (con el mismo numero atómico), pero (con el mismo numero atómico), pero diferente numero de masa.diferente numero de masa.

Carga Carga = indica la adición de electrones. Si = indica la adición de electrones. Si un electrón es añadido, el átomo ahora un electrón es añadido, el átomo ahora tendrá una carga negativa (-1). Si un tendrá una carga negativa (-1). Si un electrón es quitado, este tiene ahora una electrón es quitado, este tiene ahora una carga positiva (+1)carga positiva (+1)

Las otras dos propiedades fundamentales Las otras dos propiedades fundamentales que están relacionadas con MRI son que están relacionadas con MRI son spinspin y y precesiónprecesión. .

En los isótopos de hidrogeno arriba 1H es el En los isótopos de hidrogeno arriba 1H es el Hidrogeno común; 2H es Hidrogeno 2 o Hidrogeno común; 2H es Hidrogeno 2 o Deuterio; 3H es Hidrogeno 3 o Tritio. En el caso Deuterio; 3H es Hidrogeno 3 o Tritio. En el caso de un Isótopo, el numero de la masa aparece en de un Isótopo, el numero de la masa aparece en la esquina superior izquierda. No confunde esto la esquina superior izquierda. No confunde esto con una molécula (cuando hay uno o mas átomo con una molécula (cuando hay uno o mas átomo de un elemento combinado con uno o mas de un elemento combinado con uno o mas elementos). Cuando hay mas de un átomo de elementos). Cuando hay mas de un átomo de un elemento, el numero de los átomos aparece un elemento, el numero de los átomos aparece en la esquina inferior derecha.en la esquina inferior derecha.

SpinSpin todas las partículas en los átomos todas las partículas en los átomos tienen spin.  Spin es una propiedad tienen spin.  Spin es una propiedad intrínseca de las partículas atómicas, intrínseca de las partículas atómicas, como la carga y masa son propiedades como la carga y masa son propiedades intrínsecas. intrínsecas.

El spin de las partículas no se pueden El spin de las partículas no se pueden aumentar o disminuir como su masa y aumentar o disminuir como su masa y carga.  Electrones, protones y neutrones carga.  Electrones, protones y neutrones todos rotan, o spin. todos rotan, o spin.

Cada partícula rota en su asís generando un Cada partícula rota en su asís generando un campo magnético. Electrones tienen un campo campo magnético. Electrones tienen un campo magnético mas grande que otras partículas. DE magnético mas grande que otras partículas. DE hecho, los campos magnéticos de los Protones hecho, los campos magnéticos de los Protones y Neutrones son muy débiles que tiene un y Neutrones son muy débiles que tiene un efecto muy pequeña. Pero la suma de los spins efecto muy pequeña. Pero la suma de los spins de todas las partículas en los átomos (conocido de todas las partículas en los átomos (conocido como el Spin Neto Nuclear) contribuyen a la como el Spin Neto Nuclear) contribuyen a la fuerza del campo magnético utilizado en IRM. fuerza del campo magnético utilizado en IRM. La fuerza del campo magnético se expresa en La fuerza del campo magnético se expresa en TESLA (T). TESLA (T).

SpinSpin Los electrones rotan a la dirección o Los electrones rotan a la dirección o contra del movimiento del reloj dando una contra del movimiento del reloj dando una dirección al campo magnético. Cuando dirección al campo magnético. Cuando hay un igual numero de Electrones hay un igual numero de Electrones rotando en la dirección o contra del reloj, rotando en la dirección o contra del reloj, los campos magnéticos apuntan en los campos magnéticos apuntan en dilección opuesta y se cancelan cada uno. dilección opuesta y se cancelan cada uno. Como resultado, esto materiales no son Como resultado, esto materiales no son magnéticos y nunca será. magnéticos y nunca será.

Resonancia Magnética Resonancia Magnética depende sobre las depende sobre las propiedades magnéticas de los núcleos propiedades magnéticas de los núcleos atómicos. atómicos.

En orden para crear una imagen, MRI necesita En orden para crear una imagen, MRI necesita obtener una señal.  Spin es la propiedad mas obtener una señal.  Spin es la propiedad mas responsable para la creación de la señal. El responsable para la creación de la señal. El cuerpo humano esta compuesto cuerpo humano esta compuesto mayoritariamente de agua (H20) y grasa (CH2). mayoritariamente de agua (H20) y grasa (CH2).  Esto produce el Hidrogeno común (1H) siendo  Esto produce el Hidrogeno común (1H) siendo el elemento mas abundante en el cuerpo. El el elemento mas abundante en el cuerpo. El Hidrogeno tiene el momento magnético mas Hidrogeno tiene el momento magnético mas fuerte de todos los elementos (emite la señal fuerte de todos los elementos (emite la señal mas fuerte) a excepción de Tritio que es mas fuerte) a excepción de Tritio que es extremadamente raro en la tierra y muy extremadamente raro en la tierra y muy radioactivo para ser utilizado. Por eso, es el radioactivo para ser utilizado. Por eso, es el Hidrogeno que se utiliza para el IRM.Hidrogeno que se utiliza para el IRM.

Momento MagnéticoMomento Magnético El termino mas El termino mas apropiado debería ser Dipolo Magnetico. apropiado debería ser Dipolo Magnetico. Cuando el núcleo de un átomo de Cuando el núcleo de un átomo de Hidrogeno (un protón) rota, produce un Hidrogeno (un protón) rota, produce un Dipolo Magnético o Momento Magnetico.Dipolo Magnético o Momento Magnetico.

SE puede compara esto con un imán de barra que tiene SE puede compara esto con un imán de barra que tiene dos polos de igual fuerza y dirección opuesta (norte y dos polos de igual fuerza y dirección opuesta (norte y sur). El Imán de barra seria similar a las partículas sur). El Imán de barra seria similar a las partículas atómicas cuando rotan paralelamente al asís del campo atómicas cuando rotan paralelamente al asís del campo magnético. magnético.

Hay trillones de núcleos de hidrogeno en el cuerpo Hay trillones de núcleos de hidrogeno en el cuerpo humano, cada uno de ello teniendo un pequeño humano, cada uno de ello teniendo un pequeño momento magnético. En un momento dado, cada uno momento magnético. En un momento dado, cada uno de estos núcleos rotan de manera al azar en cualquier de estos núcleos rotan de manera al azar en cualquier dirección. Aunque no podemos medir el campo dirección. Aunque no podemos medir el campo magnético de un núcleo singular, podemos medir el magnético de un núcleo singular, podemos medir el efecto o señal creado por combinar todos los momentos efecto o señal creado por combinar todos los momentos magnéticos en un momento unico y enorme momento magnéticos en un momento unico y enorme momento magnético.magnético.

Momento MagnéticoMomento Magnético Cuando una persona es puesto en el “bore” de Cuando una persona es puesto en el “bore” de

un Iman durante un escaneo de IRM, que un Iman durante un escaneo de IRM, que impacto tendrá esto en los momentos impacto tendrá esto en los momentos magnéticos de los núcleos? magnéticos de los núcleos?

A. Los núcleos quedarán igual, no creando A. Los núcleos quedarán igual, no creando momento magnético? B. Los núcleos alinearían momento magnético? B. Los núcleos alinearían sus momentos magnéticos con el campo sus momentos magnéticos con el campo magnético del Imán? C. Habría un impacto muy magnético del Imán? C. Habría un impacto muy pequeño en el momento magnético porque solo pequeño en el momento magnético porque solo los electrones alinearían con el campo los electrones alinearían con el campo magnético del Imán?magnético del Imán?

Momento Angular Momento Angular (masa x velocidad) (masa x velocidad) ocurre cuando un objeto esta moviendo. ocurre cuando un objeto esta moviendo. El Momentum hará que siga moviendo en El Momentum hará que siga moviendo en la misma manera En el caso de un la misma manera En el caso de un núcleo, la spin crea el momentum. El núcleo, la spin crea el momentum. El Momentum Angular es la orientación del Momentum Angular es la orientación del núcleo que esta en un ángulo al campo núcleo que esta en un ángulo al campo magnético. magnético.

E la ausencia de un campo magnético E la ausencia de un campo magnético aplicado externamente, los momentos aplicado externamente, los momentos magnéticos nucleares tienen una magnéticos nucleares tienen una orientación al azar.orientación al azar.

En la presencia de un campo magnético En la presencia de un campo magnético aplicado externamente (que ocurre en un aplicado externamente (que ocurre en un escaneo de IRM), los spins adopta uno de escaneo de IRM), los spins adopta uno de las orientaciones con respecto al campo las orientaciones con respecto al campo magnético, un estado de alta o baja magnético, un estado de alta o baja energía. El campo magnético externo es energía. El campo magnético externo es representado por el símbolo B0. representado por el símbolo B0.

Magnetización NetaMagnetización Neta Cuando un paciente este Cuando un paciente este en el “bore” de un Imán, todos sus núcleos se en el “bore” de un Imán, todos sus núcleos se alinean en estado alto o bajo energía. alinean en estado alto o bajo energía. Magnetización Neta (M) es el total de los Magnetización Neta (M) es el total de los momentos magnéticos porque los núcleos rotan momentos magnéticos porque los núcleos rotan alrededor del campo magnético. alrededor del campo magnético.

Esto puede representar como una flecha Esto puede representar como una flecha enorme que atraviesa a una persona por enorme que atraviesa a una persona por completo (en vez de flechas pequeñas para completo (en vez de flechas pequeñas para cada núcleo)cada núcleo)

AlineamientoAlineamiento

Estas orientaciones son paralelas o contra-Estas orientaciones son paralelas o contra-paralelas basado en el estado de energía del paralelas basado en el estado de energía del Imán. Como pueden observar, no son Imán. Como pueden observar, no son actualmente paralelos al campo magnético. Se actualmente paralelos al campo magnético. Se orientan a un ángulo.orientan a un ángulo.

Alineamiento paralelo al campo magnético Alineamiento paralelo al campo magnético es el estado bajo de energía. es el estado bajo de energía. Alineamiento anti-paralelo es el estado de Alineamiento anti-paralelo es el estado de energía alto. energía alto.

Generalmente, en la naturaleza, un estado bajo Generalmente, en la naturaleza, un estado bajo de energía ocurrirá mas probablemente; por lo de energía ocurrirá mas probablemente; por lo cual hay mas núcleos que se alinean en esa cual hay mas núcleos que se alinean en esa dirección. (Piensa en la cantidad de gente que dirección. (Piensa en la cantidad de gente que rema su canoa en un rio. Necesitan menos rema su canoa en un rio. Necesitan menos energía remar según el corriente del rio que energía remar según el corriente del rio que contra el corriente. Por eso, mas gente decidirá contra el corriente. Por eso, mas gente decidirá remar según corriente. Sin embargo, habrán remar según corriente. Sin embargo, habrán algunos fanáticos que harán el contrario.) algunos fanáticos que harán el contrario.)

Fuerza de Campo Fuerza de Campo Si puede examinar un millón de Si puede examinar un millón de nucleos de Hidrogeno a nucleos de Hidrogeno a 20ºC (aprox. 68ºF), cerca de 20ºC (aprox. 68ºF), cerca de 500,002 (aprox. 50%) de las rotaciones alinearán con el 500,002 (aprox. 50%) de las rotaciones alinearán con el campo magnético (en estado de bajo energía, paralelo campo magnético (en estado de bajo energía, paralelo al campo magnético) mientras que el remanente al campo magnético) mientras que el remanente 499,998 (aprox. 50%) alinearán contra el campo 499,998 (aprox. 50%) alinearán contra el campo magnético (en estado de energia alta, contra al campo magnético (en estado de energia alta, contra al campo magnético).magnético).

Hay un pequeño numero excedente de núcleos en el Hay un pequeño numero excedente de núcleos en el bajo campo de energía que puede crear la señal. Esta bajo campo de energía que puede crear la señal. Esta señal es muy pequeña. (por eso, se utiliza cobre para señal es muy pequeña. (por eso, se utiliza cobre para aislar los cuartos de IRM; aísla señales foráneas para aislar los cuartos de IRM; aísla señales foráneas para qye el equipo pueda enfocar a las señales del IRM.)qye el equipo pueda enfocar a las señales del IRM.)