Principios Fundamentales de la Resonancia Magnética

Fenómeno de Resonancia

Se basa en la capacidad de transmitir energía entre dos cuerpos oscilantes con la misma frecuencia. En Resonancia Magnética (RM), se utiliza un campo magnético (CM) de alta potencia y ondas de radiofrecuencia para generar una señal que interactúa con los protones (núcleos de hidrógeno) en el cuerpo.

El fenómeno de resonancia ocurre cuando una onda electromagnética (señal de radiofrecuencia) se aplica a una frecuencia específica que coincide con la frecuencia de precesión del protón que se desea excitar. Esto permite al protón absorber energía de la onda, cambiando temporalmente su orientación espacial y generando una señal detectable que se utiliza para formar la imagen.

Componentes Clave

Bobina Principal (Campo B0)

Es un componente fundamental del equipo de RM. Genera un campo magnético estático muy potente y homogéneo, denominado B0, generalmente orientado a lo largo del eje Z del imán. Este campo B0 alinea los núcleos de los átomos del paciente (principalmente los protones del agua y la grasa).

Este campo es generado comúnmente por un material superconductor enfriado a temperaturas extremadamente bajas (cerca del cero absoluto) con helio líquido. La electricidad circula en bucle sin resistencia, manteniendo la energía del campo magnético de forma constante. El campo magnético se puede desactivar rápidamente (quench) eliminando la refrigeración criogénica, lo que provoca que el superconductor pierda sus propiedades.

Conceptos Físicos

Precesión

Es el movimiento giroscópico que realiza un protón al girar alrededor del eje del campo magnético externo (B0), similar al bamboleo de una peonza. La frecuencia de precesión (frecuencia de Larmor) depende directamente de la intensidad del campo magnético B0 y de las características propias del núcleo atómico (su relación giromagnética).

Espín

Es una propiedad cuántica fundamental de las partículas subatómicas, como los protones. Se puede visualizar como el momento angular intrínseco que genera el giro de estas partículas sobre sí mismas, creando un pequeño momento magnético. Las interacciones espín-espín ocurren entre moléculas con espín nuclear cercano, provocando un desfase más rápido entre los protones y afectando principalmente al tiempo de relajación T2.

Sistema de Referencia (XYZ)

Mediante un conjunto de coordenadas cartesianas (X, Y, Z), se describe la orientación de los momentos magnéticos. En presencia del campo B0 (eje Z), cada protón se puede representar como un pequeño vector magnético. La magnetización neta del tejido se representa como un vector a lo largo del eje Z, resultado de una ligera mayoría de protones orientados en estado de baja energía (paralelo a B0) frente a los de alta energía (antiparalelo a B0).

Magnetización

Se refiere al vector neto que representa la suma de los momentos magnéticos de los protones en un volumen de tejido. La aplicación de pulsos de radiofrecuencia causa un cambio en la orientación de este vector (excitación), y su retorno al equilibrio (relajación) genera la señal de RM. Los procesos de relajación T1 y T2 describen cómo la magnetización longitudinal y transversal, respectivamente, retornan a su estado de equilibrio, influyendo en la señal disponible para formar la imagen.

Parámetros de Secuencia

Potenciación de Secuencia

Consiste en ajustar los parámetros de la secuencia de pulsos (principalmente TR y TE) para priorizar la captación del eco de un tejido específico o resaltar un tipo de contraste tisular. El objetivo es obtener una imagen donde las diferencias de intensidad entre las estructuras reflejen predominantemente las propiedades T1, T2 o la densidad protónica (DP) de los tejidos.

Tiempo de Eco (TE)

Es el tiempo que transcurre desde la aplicación del pulso de excitación de radiofrecuencia hasta el momento en que se mide la señal del eco resultante. Su elección afecta el contraste T2:

• TE Largo: Permite un mayor desfase de la magnetización transversal, lo que potencia las diferencias T2 entre tejidos. Sin embargo, la señal general disminuye debido a la relajación T2*, lo que puede reducir la relación señal-ruido y los detalles finos.
• TE Corto: Minimiza el decaimiento T2* y capta una señal más intensa, produciendo imágenes más brillantes y con mejor relación señal-ruido, pero con menor contraste T2.

Tiempo de Repetición (TR)

Es el tiempo que transcurre entre pulsos de excitación sucesivos aplicados a la misma región. El TR determina cuánto tiempo se permite a la magnetización longitudinal recuperarse antes del siguiente pulso. Su elección afecta el contraste T1:

• TR Largo: Permite una recuperación más completa de la magnetización longitudinal para la mayoría de los tejidos, minimizando las diferencias basadas en T1.
• TR Corto: No permite la recuperación completa de la magnetización longitudinal, especialmente en tejidos con T1 largo. Esto maximiza las diferencias de señal basadas en los distintos tiempos T1 de los tejidos.

Pulso de Radiofrecuencia (RF)

Es una señal electromagnética de corta duración, emitida a la frecuencia de Larmor, que se utiliza para excitar los protones del cuerpo, es decir, para bascular su magnetización neta fuera del eje Z y hacia el plano transversal (XY). Al detener el pulso de RF, los protones tienden a volver a su posición de equilibrio (alineados con B0), liberando la energía previamente absorbida en forma de señal de RF y cambiando su orientación (relajación).

Constante J (Acoplamiento Espín-Espín)

Es una medida de la fuerza de la interacción espín-espín indirecta que ocurre entre núcleos atómicos a través de los enlaces químicos que los conectan. Este acoplamiento provoca divisiones finas en las señales de espectroscopía por RM y puede influir en la modulación de la señal en ciertas secuencias de imagen. Un mayor acoplamiento J puede llevar a una deformación más rápida de la señal y a un mayor desfase entre los protones acoplados.

Potenciaciones y Tiempos de Relajación

Relajación Longitudinal (T1)

Magnetización Longitudinal

Es la componente del vector de magnetización neta que se orienta a lo largo de la dirección del campo magnético principal (B0, eje Z).

Proceso de Relajación Longitudinal

Después de un pulso de radiofrecuencia que bascula la magnetización, los protones que estaban en el plano transversal comienzan a realinearse con el campo B0. Este proceso se conoce como recuperación o relajación longitudinal. La magnetización longitudinal sigue una curva de recuperación exponencial ascendente hasta alcanzar su valor máximo de equilibrio.

Tiempo de Relajación T1

Es una constante de tiempo característica de cada tejido. Se define como el tiempo que tarda la magnetización longitudinal en recuperar aproximadamente el 63% de su valor máximo de equilibrio después de la excitación.

Efectos de TR y TE en T1

Para obtener imágenes potenciadas en T1 (donde el contraste depende principalmente de las diferencias en T1):

• Se utiliza un TR corto para maximizar las diferencias en la recuperación de la magnetización longitudinal entre tejidos con T1 distintos.
• Se utiliza un TE corto para minimizar la influencia del decaimiento T2 en la señal y capturar la señal cuando las diferencias T1 son más pronunciadas.

Apariencia de Tejidos en T1

En imágenes potenciadas en T1:

• Tejidos con T1 corto (ej. grasa) recuperan su magnetización longitudinal rápidamente y aparecen hiperintensos (brillantes).
• Tejidos con T1 largo (ej. agua, LCR) recuperan su magnetización lentamente y aparecen hipointensos (oscuros).

Relajación Transversal (T2)

Magnetización Transversal

Es la componente del vector de magnetización neta que se encuentra en el plano perpendicular (plano XY) al campo magnético principal (B0), después de un pulso de excitación.

Proceso de Relajación Transversal

Después del pulso de RF, los protones que precesan en el plano transversal comienzan a perder coherencia de fase (se desfasan) debido a las interacciones espín-espín y a las inhomogeneidades del campo magnético local. Esto provoca una disminución de la magnetización transversal neta. Este decaimiento sigue una curva exponencial descendente.

Tiempo de Relajación T2

Es otra constante de tiempo característica de cada tejido. Se define como el tiempo necesario para que la magnetización transversal pierda aproximadamente el 63% de su valor inicial (o decaiga al 37% de su valor inicial) después de la excitación.

Efectos de TR y TE en T2

Para obtener imágenes potenciadas en T2 (donde el contraste depende principalmente de las diferencias en T2):

• Se utiliza un TR largo para minimizar la influencia de las diferencias T1 en la señal (permitiendo que la mayoría de los tejidos recuperen su magnetización longitudinal).
• Se utiliza un TE largo para permitir que las diferencias en el decaimiento T2 entre los tejidos se manifiesten, potenciando así el contraste T2.

Apariencia de Tejidos en T2

En imágenes potenciadas en T2:

• Tejidos con T2 largo (ej. agua, LCR, edema) mantienen la coherencia de fase por más tiempo y aparecen hiperintensos (brillantes).
• Tejidos con T2 corto (ej. grasa, músculo) pierden fase rápidamente y aparecen hipointensos (oscuros).

Densidad Protónica (DP)

Concepto de Densidad Protónica

La densidad protónica (DP) de un tejido está determinada por la concentración de protones (principalmente en moléculas de agua y grasa) presentes en un volumen determinado de ese tejido. Los tejidos con mayor densidad protónica tienen la capacidad de generar señales de RM intrínsecamente más fuertes y, por lo tanto, aparecer más brillantes en las imágenes, si otros factores de contraste son minimizados.

Obtención de Imágenes Potenciadas en DP

Para crear imágenes donde la diferencia en la señal entre los tejidos refleje principalmente su densidad protónica, es necesario minimizar la influencia de los tiempos de relajación T1 y T2 en el contraste.

Influencia de TR y TE en DP

La combinación de parámetros utilizada para potenciar en DP es:

• Un TR largo: Minimiza las diferencias de contraste basadas en T1, ya que permite una recuperación longitudinal casi completa para la mayoría de los tejidos.
• Un TE corto: Minimiza las diferencias de contraste basadas en T2, ya que la señal se adquiere antes de que ocurra un decaimiento T2 significativo.

Con esta combinación (TR largo, TE corto), las diferencias de señal observadas entre los tejidos se deben principalmente a las variaciones en su densidad protónica.