Física de la Resonancia Magnética.

 

 

Historia:

Descubierto simultáneamente por dos físicos en el 1947:

  -. Felix Bloch

  -.  Edward Mills Purcell

Primeras imágenes clínicas obtenidas en 1977.

  -. Paul Lauterbur

  -. Peter Mansfield

  -. Raymond Damadian

 

Conceptos Básicos:

  • Campo magnético : campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas. Se mide en Gauss o Tesla.
  • Momento magnético: Es una cantidad que determina la fuerza que el imán puede ejercer sobre las corrientes eléctricas.
  • Movimiento Browniano: Movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hallan en un medio fluido.
  • Velocidad rotación del protón: 42 X fuerza del imán en Tesla
  • Campo Magnético Primario: Campo magnético generado por el imán primario.
  • Vector: Es la cantidad que tiene magnitud, dirección y sentido al mismo tiempo. 
  • Vector magnético(M): Campo magnético cuyo vector es paralelo al del campo magnético primario.
  • Precesión: movimiento asociado con el cambio de dirección en el espacio, que experimenta el eje instantáneo de rotación un cuerpo.
  • Superconductor: Se aplica a aquellos materiales que, al ser enfriados, dejan de ejercer resistencia al paso de la corriente eléctrica. De este modo, a una cierta temperatura, el material se convierte en un conductor eléctrico de tipo perfecto.
  • Imán Superconductor: Imán que levita sobre un superconductor.

 

Para la generación de imágenes el equipo utiliza campos magnéticos y frecuencias del espectro de ondas de radio.

  • La magnitud del campo magnético se mide en Teslas.
  • La mayoría de los sistemas : 1.5 y 3T
  • Campo magnético de la tierra: 0.00003T

 

Bases Físicas:

  • El cuerpo humano esta compuesto por Agua en 70%.
  • IRM utiliza las propiedades magnéticas del Átomo de Hidrógeno para generar imágenes.

 

Átomo de Hidrógeno:

  • Composición:

  -. 1 electrón.

  -. 1 Proton.

  • El protón es una partícula en rotación con carga positiva.
  • Produce un campo magnético llamado momento magnético.
  • En estado natural los protones se mueven al azar.
  • Pensemos en cada protón como un Micro Imán.

Imagen2

Imagen3
En su estado natural los átomos de Hidrógeno muestran un movimiento Browniano.

 

 

 

 

 

 

 

 

En su estado natural las cargas netas de los átomos de hidrógeno del cuerpo humano se cancelan de manera que la suma del campo magnético es cero.

Una vez el cuerpo es sometido a un campo magnético externo de gran magnitud todos los micro-magnetos (átomos de hidrógeno) se alinearan en una dirección. Cada átomo de hidrógeno estará rotando alrededor de su eje a una velocidad de 63,000,000 revoluciones por segundo equivalente a 63 MHz.

La velocidad de rotación (Frecuencia) es directamente proporcional a la fuerza del campo magnético aplicado.

Para un Imán de 1.5T:   F = 42 X 1.5 = 63 MHz

 

Campo Magnético Primario:

  • Imán superconductor.
  • Constante a : 1.5 / 3T
  • Los átomos de Hidrógeno se alinean de forma paralela o anti-paralela al campo magnético primario (Bo).
  • Imagen9
    En la gráfica se muestra la diferencia en alineación de los átomos de hidrógeno cuando a estos se les aplica un campo magnético.

Una vez aplicado el campo magnético:

  • Una mayor proporción de los átomos se alinean paralelo (baja energía).
  • Otros anti-paralelos (alta energía) al vector del campo magnético primario (Bo).
  • Vector magnético se denomina (M).

 

Imagen11     Imagen49

 

El resultado es que El vector magnético (M) estara orientado paralelo al campo magnético primario.

 

 

  • Los protones rotan alrededor del eje largo del campo magnético primario.
  • La tasa de precesión se llama la frecuencia Larmor.
  • Cuando los protones precesan juntos se dice que están en fase.
  • Cuando precesan separadaos están fuera de fase.

 

 

Imagen12  Imagen13

 

 

Cambios en la Precesión:

  • La frecuencia de precesión cambia en proporción a la magnitud del campo magnético.
  • A 1.5T la frecuencia de precesión es de : 63.9 MHz

Imagen15

 

 

 

 

 

 

 

Bobinas de Gradiente:

  • Se encuentran dentro del magneto primario.
  • Están orientadas en los ejes : X, Y, Z
  • Le da la capacidad de generar imágenes direccionales en los ejes mencionados.
  • Alteran la potencia del campo magnético primario.
  • Cambiando a su vez la frecuencia de precesión entre los cortes.
  • Puede ser utilizado para selección de cortes y localización (codificación espacial).

 

 

Imagen17Imagen18

Z (Eje largo) = Imágenes Axiales.

X (Eje vertical) = Coronales.

Y (Eje horizontal)= Sagitales.

 

Bobinas RF:

Se utilizan para transmitir los pulsos RF y para recibir señales .

 

Componentes de un Resonador:

  • Magneto primarioImagen16
  • Bobinas de gradiente
  • Bobinas de Radiofrecuencia.
  • Sistema de ordenador.    

 

 

 

 

El Pulso RF:

  • Resulta en una disrupción en la alineación de los protones.
  • 2 Consecuencias:

  -. Algunos protones alineados paralelamente (baja energía) saltan a una orientación de alta energía, disminuyendo la magnetización longitudinal.

  -. Los protones se sincronizan y precesan en fase.

 

Imagen23

 

 

 

Imagen24

 

El vector de magnetización  dobla hacia el plano transversal, en otras palabras a 90° del vector del campo magnético primario . Esto se denomina magnetización transversa.

Imagen51

 

Fase de Relajación:

  • Se define como el tiempo para alcanzar el estado de equilibrio. Tiempo necesario para recuperar su posición antes del pulso RF.
  • Se mide en 2 direcciones:

  -. Longitudinal (T1) : Paralelo a Bo (eje Z).

  -. Transverso (T2): Perpendicular a Bo (eje x-y).

 

Imagen52

 

 

  • Relajación en el plano longitudinal se denomina Relajación T1.
  • Relajación en el eje horizontal se denomina Relajación T2.

Imagen53

 

Relajación T1:

  • Cuando se interrumpe el Pulso RF algunos protones vuelven a situarse paralelos al eje Z, liberando su energía a las moléculas circundantes.: Spin Lattice Relaxation
  • ( Relajación de la red de Spin).

Imagen54

 

  • Esto es así porque la magnetización longitudinal incrementa a medida que transcurre el tiempo.
  • Si graficamos magnetización contra tiempo obtendremos…….

Imagen55Imagen56

 

  • Características de la Relajación T1:

  -. Varia  de acuerdo a la composición y la estructura de los tejidos.

Ejemplo: Las moléculas de agua se mueven rápidamente y no llegan al estado de equilibrio (baja energía) … que es igual que decir al eje del campo magnético primario. Para las moléculas de agua el tiempo de relajación T1 es mas largo .

 

Imagen57Imagen58Imagen59

 

Relajación T2:

  • Después del Pulso RF los protones que precesaban “en Fase” comienzan a precesar “fuera de Fase”, Es decir se salen de la frecuencia Larmor en el eje transverso (x – y).
  • Esto se denomina Relajación Spin – Spin

 

Imagen60Imagen61Imagen62

  • La relajación Transversa (T2) es perpendicular al eje del campo magnético primario (Bo) o eje Z.
  • Resulta en una disminución en la magnetización transversa.
  • Si graficamos esto…….

 

Imagen63Imagen64

  • En realidad la precesión de los protones se desfasa mucho mas rápido que T2 debido a las Inhomogeneidades en el campo Magnético Primario (Bo). Este valor real se denomina T2*(T2 estrella)
  • T2* = Relajación T2 + Inhomogeneidades del Campo Magnético

Imagen65

 

  • Al igual que el tiempo de relajación T1 .. El tiempo de relajación T2 varia entre los diferentes tejidos.
  • A medida que disminuye la Inhomogeneidad aumenta la señal T2* .
  • Las moleculas de agua se mueven rapidamente y por ende hay menos inhomogeneidad del campo magnetico por lo que el tiempo de relajacion (T2) durara más.

 

Imagen66

 

Vector de magnetización neto:

  • Es igual a la suma de la magnetización Transversa y Longitudinal
  • El Vector resultante o neto describe un Espiral alrededor del eje Z con una precesión neta.

Imagen67Imagen68

 

Imagen69Imagen70

 

 

 

 

 

 

Caída Libre De La Inducción:

  • Se define como un cambio en el “momento magnético” del Vector Magnético.
  • Genera una señal eléctrica que es la senal recibida por la bobina RF en el plano Transverso.
  • Esta señal disminuye a medida que el vector magnético se mueve hacia el eje largo.

 

Imagen71Imagen72

 

Imagen73

 

 

 

 

 

 

 

 

Procesamiento Digital:

Conlleva la conversión de la señal de Análogo  a Digital. Los datos digitales son almacenados para luego ser procesados por el ordenador el cual aplica una formula matemática (Transformación Fourier). El resultado final es una imagen.

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