Resonancia Magnética: Técnicas Avanzadas y Aplicaciones Clínicas

Angiografía por Resonancia Magnética

La angiografía es una técnica que permite la visualización del flujo sanguíneo. La Resonancia Magnética (RM) se vale de distintas características de los espines en movimiento para lograr este efecto. Normalmente, el flujo produce artefactos en una imagen; sin embargo, en la angiografía, es la principal fuente de contraste. De acuerdo con la técnica de adquisición, puede ser clasificada en tres categorías: Time-of-Flight, Phase Contrast (contraste de fase) e independiente del flujo.

Time-of-Flight (TOF)

Es una técnica que utiliza el movimiento de la sangre para generar contrastes por medio de la saturación. La técnica Time-of-Flight es la más eficiente en términos de tiempo para obtener angiografías. Se puede dividir en cuatro métodos de acuerdo con el tejido que es saturado: Énfasis de Flujo, Sangre Blanca, Sangre Negra y Resta. Cualquier técnica dentro del grupo Time-of-Flight sirve para flujos que atraviesan un slice.

• Énfasis de Flujo: Consiste en la saturación de los tejidos estacionarios. Este mecanismo utiliza una secuencia Gradient Eco, excitando una tajada delgada. Luego se agrega una nueva excitación, lo cual provoca la saturación de los tejidos estáticos. La sangre, por estar en movimiento, solo percibe la segunda excitación. De esta forma, la señal obtenida solo proviene de la sangre.
• Sangre Blanca: Esta técnica satura los tejidos estacionarios, realizando excitaciones en tajadas de acuerdo con la dirección del flujo. Se utiliza una secuencia SE en la tajada delgada; luego se realiza otra excitación en la tajada que contiene la sangre en movimiento, así satura los tejidos estáticos y genera un eco en la señal excitada en la tajada anterior.
• Sangre Negra: Este método discrimina la sangre de los otros tejidos en base al eco producido por un pulso de reenfoque. Al utilizar un pulso de reenfoque, los tejidos estáticos producen un eco, mientras que la sangre, por presentar movimiento, decae y no genera señal.
• Resta: Esta técnica utiliza uno de los métodos anteriores con una secuencia GE normal. Es generada a partir de la resta de dos imágenes, una adquirida con alguno de los métodos antes mencionados y otra con la secuencia GE normal. Esta técnica intenta aportar información de los tejidos estacionarios, en especial las arterias.

Phase Contrast (Contraste de Fase)

Esta técnica genera contraste a partir de la diferenciación de fase de los tejidos en movimiento. Se utiliza para ver el flujo y su velocidad dentro de un corte. En esta técnica, se aplica un gradiente bipolar en la dirección que se quiere el flujo. Un gradiente bipolar consiste en la aplicación de un gradiente constante, de cierta amplitud y duración, seguido de un gradiente igual al anterior pero de amplitud opuesta. El gradiente bipolar es referido como positivo o negativo dependiendo del signo de su primer gradiente. La aplicación de un gradiente bipolar equivale a un desplazamiento en el espacio K en un sentido y luego en el sentido opuesto. Esto no altera los espines que están estáticos; sin embargo, los espines en movimiento quedan con una fase distinta. Si luego se aplican los gradientes pertinentes para la lectura de los datos (spin eco o gradient eco), se obtendrá una imagen sin ningún cambio puesto que una imagen cualquiera corresponde a la magnitud de los espines sin importar su fase. Si se toman dos imágenes iguales, una con un gradiente bipolar positivo y la otra con un gradiente negativo, la única diferencia será la fase de los espines en movimiento; por lo tanto, si se restan, lo único que no se anula son los lugares en que existe flujo. Este método no solo nos entrega información acerca del flujo, sino además de la velocidad de este, ya que mientras más rápido es el flujo, más brillante se ve la imagen. Tiene la desventaja de necesitar un mayor tiempo de adquisición comparado con TOF, pero se ve menos afectado por trombos u obstrucciones y además permite medir la velocidad de flujo en las tres direcciones, independiente de la orientación del slice.

Independiente del Flujo

Este método no se basa en el movimiento de la sangre sino en sus propiedades. Este contraste se crea con una secuencia que permita discriminar fuertemente de acuerdo con los valores T1 y T2 de la sangre; esto es posible solo en regiones donde estos valores son únicos.

Difusión y Perfusión

La difusión y perfusión son parámetros adicionales a T1, T2 y Dp, que cambian con las condiciones fisiológicas o patológicas de los tejidos.

Difusión

La diferencia de concentración local de soluto en una solución da origen a un flujo de soluto de las zonas de alta concentración a las zonas de baja concentración; a este flujo se le llama Difusión. En MRI, la difusión produce un desfase progresivo de los espines, que no es posible corregir con un pulso de reenfoque como el caso del desfase producido por inhomogeneidades. Al aplicar dos excitaciones (la segunda de 180 grados), es posible apreciar la difusión como la atenuación de la señal. Para generar el contraste en difusión se requiere utilizar un gradiente extra que amplifica los efectos de la difusión, y que determinará la difusión que existe en la dirección en que fue aplicado. Para tener un mapa exacto de la difusión se deben realizar 6 imágenes, una para cada par dirección/sentido. Con estos gradientes especiales se generan imágenes llamadas Diffusion Weighted Imaging o imágenes con peso en difusión. Este nuevo tipo de contraste tiene diversas aplicaciones.

Perfusión

Es una técnica para evaluar el flujo microscópico de la sangre en capilares cerebrales y venas. Existen dos métodos de adquisición de imágenes de perfusión: DSC (Dynamic Susceptibility Contrast) y Marcador de espín (Spin Labelling).

• DSC: Este método se basa en la inyección de un bolo de medio de contraste (bolo de prueba), cuya intensidad es distinta al resto de la imagen; mediante MRI se identifica su perfusión. Consiste en una serie de imágenes rápidas cuyo nivel de intensidad determina el nivel de perfusión en el tejido.
• Spin Labelling: Es un método no invasivo en el que se adquieren dos series de imágenes, con una inversión de sangre arterial y la otra sin inversión. Luego se restan y su diferencia representa el nivel de perfusión en el tejido. Existen varias técnicas para realizar esto (PICORE, FAIR, EPISTAR, QUIPPS).

Los mapas que se pueden obtener con estas imágenes de perfusión son los siguientes:

• MTT (Mean Transfer Time): Tiempo de estadía del flujo en capilares.
• CBV (Relative Cerebral Blood Volume): Volumen del flujo de interés.
• CBF (Relative Cerebral Blood Flow): Nivel de flujo de interés.

Espectroscopia

La espectroscopia es una técnica utilizada tanto en el análisis químico como en medicina, que permite determinar los compuestos presentes en una solución u objeto. Está basada en la lectura del hidrógeno, el cual experimenta una frecuencia de resonancia distinta dependiendo del compuesto en el que se encuentre (principio del desplazamiento químico o Chemical Shift). La imagen espectroscópica se obtiene leyendo todas las frecuencias para cada vóxel. Hay dos métodos básicos para obtener espectros. El primero en base a un vóxel definido, el cual se localiza utilizando 3 pulsos de RF selectivos (aplicando gradientes en los tres ejes x, y, z); y el otro es simplemente obtener un espectro para todo el objeto como un conjunto (no selectivo). Esta técnica abre una nueva dimensión en las imágenes por resonancia magnética, es decir, al obtener un corte de un objeto en vez de tener una imagen con un contraste determinado se obtienen múltiples imágenes, cada una con un contraste que está determinado por un solo compuesto que contiene hidrógeno. Los principales problemas de esta técnica son el largo tiempo de adquisición y la sensibilidad a los artefactos.

Métodos

Para leer en una nueva dirección (en este caso dirección de frecuencia) y así obtener varias imágenes, en general se debe utilizar un gradiente extra. Por ejemplo, en el caso de adquirir imágenes 3D se utiliza como gradiente extra el gradiente de selección de tajada Gz. En el caso de la espectroscopia no se requieren gradientes adicionales, ya que el correspondiente en el espacio K de las distintas frecuencias es el tiempo, es decir, para leer en el sentido de la frecuencia basta con “esperar” el desfase natural de los espines. El gradiente para moverse en el sentido de los compuestos es el mismo tiempo. El segundo método está basado en una, dos o tres codificaciones en fase para producir espectros en múltiples vóxeles.

Consideraciones y Preparaciones

Una espectroscopia es un tipo especial de imagen y algunas características deben tenerse en cuenta antes de realizarla.

• Señal débil: La señal del agua y la grasa son predominantes en todo el cuerpo humano, por lo que deben suprimirse para que no oculten la señal de otros compuestos en una espectroscopia, que son los compuestos de interés.
• Homogeneidad: La homogeneidad del campo magnético es fundamental para obtener una imagen espectroscópica, por lo que se debe realizar un shimming específico para cada examen.

Tipos de Espectroscopia

Existen dos formas de analizar las espectroscopias:

1. Espectrograma: Un gráfico con la cantidad de cada compuesto para un píxel en particular o para la suma de toda la imagen.
2. Imagen de espectroscopia: Una imagen con la intensidad de un compuesto en particular para todos los píxeles de la imagen.

Parámetros

• Ancho de los peaks: Idealmente no tienen ancho (puntuales) ya que cada pulso representa un compuesto que resuena a una frecuencia determinada. El ancho de ellos está determinado por el tiempo de adquisición. Mientras más se adquiere, más angosto será el pulso (importante cuando los pulsos están cerca). Peaks anchos son equivalentes a una imagen de baja resolución.
• Longitud del espectro: Depende de la periodicidad con que se muestra la señal (ancho de banda). Mientras más cerca están las muestras, más largo será el espectro. Equivale a un FOV grande en imagen.
• Ruido: Determina la amplitud mínima de los compuestos para ser apreciados en el espectro. Para disminuir el ruido se pueden hacer varias adquisiciones.

Imágenes Cardíacas

Imágenes que permiten observar el corazón. Los avances en el desarrollo de la resonancia magnética, especialmente en la velocidad del scan, hacen que sea posible tomar imágenes de un órgano en movimiento, como es el corazón. La posición más útil para adquirir este tipo de imágenes es en los planos paralelos y perpendiculares al eje cardíaco. Existen varios tipos de imágenes según necesidades diagnósticas.

Imágenes Cinemáticas (Cine Imaging)

En este tipo de imágenes la adquisición se sincroniza con el ECG, de manera que se puede apreciar el movimiento del corazón para un ciclo completo. Este examen dura entre 10 y 20 segundos, para que el paciente pueda detener la respiración (break hold), lo que permite evitar que se produzcan artefactos debido al movimiento respiratorio. Este examen permite detectar, por ejemplo, zonas de movimiento anormal del corazón (infartos). Se realiza la adquisición de distintos instantes del ciclo cardíaco a lo largo de varios ciclos para formar en conjunto un video de un ciclo completo.

Imágenes Estáticas

En este caso, se selecciona un instante dentro de la fase del corazón y se adquiere una imagen estática. Esta puede ser del tipo White Blood o Dark Blood dependiendo de la técnica que se use.

Técnicas Básicas

Secuencias

Una secuencia es un conjunto de instrucciones de hardware que permiten obtener una imagen de Resonancia Magnética, determinando las características de las cuatro etapas anteriores. Una secuencia está completamente determinada por los pulsos de RF aplicados, el momento en que se hace la lectura y los gradientes en cada una de las tres direcciones de frecuencia, de fase y de corte; o x, y, z respectivamente. Todo lo anterior se puede ilustrar usando un diagrama. Alternativamente, se puede ilustrar además una representación del desplazamiento que se produce en el espacio K producto de los gradientes aplicados. Las secuencias genéricas, de las cuales se derivan la mayoría de las secuencias actuales, son: Gradiente Eco (GE), Spin Eco (SE) e Inversion Recovery (IR), las cuales describiremos a continuación.

Gradiente Eco (GE)

Es la secuencia básica y consiste en una excitación y los gradientes necesarios para codificar el espacio K. Se realiza una excitación a los espines con un pulso de RF de 90 grados dejando los espines en el plano transversal; luego, mediante la aplicación de gradientes se avanza llenando el espacio K. El problema de esta secuencia es que después de la excitación, los espines se desfasan producto de la diferencia en el campo magnético “visto” por ellos. Estas variaciones se deben a gradientes, efectos de off-resonance y fuente de ruido no controlado. El desfase produce que la señal disminuya más rápido de lo esperado (T2*). Los contrastes que se pueden obtener con esta secuencia son T1, densidad protónica y T2*.

Spin-Eco (SE)

Spin Eco es una secuencia que utiliza una excitación extra para eliminar el desfase progresivo de los espines al momento de la lectura, logrando el máximo de señal. Primero se aplica un pulso de 90 grados, luego un pulso de refase (equidistante entre la excitación y la lectura) y finalmente gradientes para llenar el espacio K. El problema de disminución de señal de Gradiente Eco se soluciona con un pulso extra de refase. Los espines se desfasan (la señal disminuye) producto de tres razones: las inhomogeneidades del campo, Chemical Shift o desplazamiento químico y diferencias en la susceptibilidad magnética. Spin Eco corrige en parte estos problemas al aplicar un pulso de 180 grados entre la excitación inicial y la lectura. Este pulso hace que los espines que giran a mayor velocidad y que están más adelantados, vuelvan hacia atrás, por lo que en el momento de la lectura, todos los espines están en fase independiente de la velocidad a la que giran. Al aplicar un segundo pulso de RF que invierte el efecto del desfase, se logra efectivamente una imagen con contraste T2 y no T2*.

Inversion Recovery (IR)

En esta secuencia los protones son pre-excitados con un pulso de 180 grados (prepulso de inversión) lo que permite suprimir de la imagen ciertos tejidos. Este pulso excita los espines (en 180 grados) dejándolos invertidos. Esto proporciona un amplio rango para la relajación T1. Luego del pulso de inversión, los espines se empiezan a recuperar verticalmente cruzando por 0 para llegar luego a su estado de equilibrio. El tiempo entre el pre-pulso y la excitación en 90 grados se denomina tiempo de inversión, TI. Si al momento de la excitación algún compuesto se encuentra cruzando por 0, este tejido no aparecerá en la imagen. Esta secuencia se utiliza en la obtención de contraste T1, y como método de supresión de tejidos. Algunas secuencias basadas en este principio son STIR y FLAIR.

• STIR (Short Tau Inversion Recovery): La secuencia STIR utiliza el prepulso de inversión para eliminar las señales de grasa. La idea de STIR es esperar solo hasta que la señal de la grasa cruce por cero. En ese instante se realiza la excitación en 90 grados.
• FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery): La secuencia FLAIR satura los fluidos utilizando el prepulso de inversión. A diferencia de STIR, esta secuencia utiliza tiempos TI más largos para anular las señales de los fluidos (líquido cefalorraquídeo) en vez de grasa. Realiza la excitación en 90 grados en el instante en que la señal de agua es cero.
• Saturación Grasa (Fat Saturation): Es una técnica para eliminar la señal de grasa de la imagen mediante la aplicación de un pre-pulso de excitación a la frecuencia de resonancia de la grasa. La señal de grasa en ocasiones esconde alguna patología, y en otros casos, al tener una frecuencia de resonancia distinta a la del agua, pueden generar artefactos. Los espines de la grasa pueden ser selectivamente excitados con un pulso RF seguido de un gradiente de desfase que destruya la magnetización transversal de los espines de grasa. Luego se aplica una secuencia estándar, obteniendo una imagen que corresponde solo a la señal del agua en los tejidos.

Trayectorias

Se denomina trayectoria a la forma de recorrer el espacio K durante la lectura. La magnitud del gradiente aplicado corresponde a la velocidad del desplazamiento en el espacio K. De esta forma, aplicando gradientes variables en el tiempo se puede definir una trayectoria para recorrer el espacio K. El tipo de trayectoria está definido conjuntamente por los gradientes aplicados en la codificación de fase y de frecuencia y que corresponden a la forma de moverse en dichas direcciones. Existen diversos tipos de trayectorias, según los criterios de diseño utilizado, tales como, restricciones de hardware, tiempo de adquisición y/o comportamiento frente a las inhomogeneidades. Algunas de las trayectorias más comunes son las siguientes:

• 2DFT (2D Fourier Transform): La trayectoria 2DFT es la más utilizada. Consiste en la lectura del espacio K mediante líneas paralelas independientes. Cada línea se origina en el centro del espacio K y corresponde a una excitación. El mapeo uniforme obtenido facilita la reconstrucción ya que se puede aplicar directamente la FFT (Fast Fourier Transform). La desventaja es que es una secuencia lenta.
• EPI (Echo Planar Imaging): Es una trayectoria de lectura rápida que lee varias líneas por cada excitación. Recorre el espacio K mediante líneas paralelas adquiridas en una sola excitación. Puede incluso recorrer todo el espacio K en una sola excitación, aunque producto del decaimiento de T2* y los desfases de los espines no siempre se puede hacer y es necesario realizar más de una excitación y varias adquisiciones entrelazadas. El principal problema de esta secuencia es su alta sensibilidad a las inhomogeneidades.
• PR (Projection-Reconstruction): En esta secuencia el espacio K se recorre en forma radial. La adquisición de datos es de forma similar a las técnicas utilizadas en Tomografía Computarizada (CT). La principal ventaja es su insensibilidad al flujo o movimiento. La desventaja es su lentitud.
• Espirales: Es una trayectoria no cartesiana de lectura rápida en forma de espiral. Es generada mediante la aplicación de gradientes sinusoidales y al igual que EPI, permite leer el espacio K completo con una sola adquisición. Tiene la ventaja de ser una trayectoria suave (sin cambios bruscos en la dirección de las gradientes), lo cual facilita su implementación y disminuye algunos artefactos.