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RESONANCIA MAGNETICA Realizada por: Karen Andrea Ruales Yela Curso:…
RESONANCIA MAGNETICA
Realizada por: Karen Andrea Ruales Yela
Curso: 154013-23
La historia de la resonancia magnética (RM) es fascinante, ya que involucra descubrimientos clave en física, química y medicina. A continuación, te ofrezco una visión general de los hitos más importantes:
Los romanos fueron los primeros en descubrir los imanes hace más de 2000 años. Desde entonces, nuestra comprensión de los imanes ha avanzado significativamente, lo que ha dado lugar al desarrollo de diversas aplicaciones. Una aplicación destacada es la resonancia magnética..
JUAN BAUTISTA JOSÉ FOURIER:
Las contribuciones de Fourier al campo incluyeron el desarrollo de una técnica matemática para estudiar la transferencia de calor entre objetos sólidos. Este avance condujo finalmente al avance del procesamiento de señales de fase y frecuencia en RMN, lo que permitió un análisis rápido en el campo.
Mrimaster. (s/f).
Historia de la Resonancia Magnética
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NIKOLA TESLA:
Realizó importantes contribuciones al campo del electromagnetismo. Uno de sus descubrimientos más notables fue el campo magnético rotatorio. El trabajo de Tesla revolucionó la comprensión y la aplicación de los campos magnéticos, sentando las bases para numerosos avances tecnológicos en el campo de la electricidad y el magnetismo.
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SEÑOR JOSEPH LARMOR:
físico irlandés de gran prestigio, realizó importantes contribuciones al campo de la física. Entre sus logros más notables, Larmor ideó un método para calcular la velocidad a la que un electrón acelerado emite energía. Además, proporcionó una explicación del fenómeno de la división de líneas espectrales cuando se lo somete a un campo magnético. El profundo impacto de Larmor se extiende al ámbito de la resonancia magnética nuclear (RMN), donde es famoso por formular la "ecuación de Larmor". Esta ecuación establece que la frecuencia de precesión del momento magnético nuclear (ω) es directamente proporcional al producto de la intensidad del campo magnético (B0) y la relación giromagnética (γ), expresada como ω = γB0.
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ISIDOR RABI:
Un científico austríaco. Su importante contribución fue el descubrimiento de un método para detectar y medir los estados de rotación individuales de átomos y moléculas. Además, Rabi determinó con éxito los momentos magnéticos de los núcleos, lo que proporcionó información valiosa sobre sus propiedades.
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FÉLIX BLOCH Y EDWARD PURCELL:
En 1946, los físicos Felix Bloch y Edward Purcell observaron por primera vez cómo los núcleos atómicos absorben y emiten energía en presencia de un campo magnético. Este descubrimiento les valió el Premio Nobel de Física en 1952. Los extraordinarios descubrimientos y percepciones de Felix Bloch y Edward Purcell allanaron el camino para el desarrollo de la tecnología de imágenes por resonancia magnética (IRM). Su investigación revolucionó el campo de la física y proporcionó una comprensión fundamental del comportamiento de los núcleos atómicos en campos magnéticos.
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RAYMOND DAMADIAN:
En 1971, Raymond Damadian, un investigador del Downstate Medical Center de Nueva York. descubrió que los tejidos cancerosos y normales emiten señales diferentes en un campo magnético. Damadian sugirió que esta diferencia podría usarse para crear imágenes del cuerpo humano, lo que llevó a la idea de utilizar la RMN como una herramienta diagnóstica. En 1974, Damadian patentó la idea de la imagen por resonancia magnética (IRM).
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PETER MANSFIELD Y PAUL C. LAUTERBUR:
En 1974, Paul C. Lauterbur, profesor de química y radiología en la Universidad de Nueva York y Peter Mansfield del departamento de física de la Universidad de Nottingham, Inglaterra, describieron de forma independiente el uso de gradientes de campo magnético para la localización espacial de señales de RMN. Estos descubrimientos condujeron a la fundación de la resonancia magnética (MRI). Por este descubrimiento, Lauterbur y Mansfield fueron galardonados con el premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003.
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RICARDO ERNST:
En 1975, el físico-químico suizo Richard Ernst describió el uso de la transformada de Fourier de codificación de fase y frecuencia para reconstruir imágenes 2D. Por este descubrimiento fue galardonado con el premio Nobel de Química en 1991.
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PETER MANSFIELD Y ANDREW MAUDSLEY:
Más tarde, en 1975, Peter Mansfield y Andrew Maudsley propusieron una técnica de escaneo lineal, que condujo a la primera imagen transversal de la anatomía humana (sección transversal de un dedo).
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Hugh Clow e Ian R. Young:
En 1978, Hugh Clow e Ian R. Young, que trabajaban en una empresa británica llamada EMI, lograron otro hito revolucionario en la obtención de imágenes médicas: crearon con éxito la primera imagen de resonancia magnética nuclear (RMN) transversal de una cabeza humana. Este logro abrió nuevas posibilidades para la obtención de imágenes no invasivas del cerebro y otras estructuras internas, lo que proporcionó información valiosa para el diagnóstico y la investigación médica.
ASPECTOS TÉCNICOS: EQUIPAMIENTO
IMÁN:
El imán principal crea el campo magnético estático, que forma la base para la magnetización macroscópica medible. El imán genera un campo magnético estático extremadamente potente (medido en teslas, T). Este campo alinea los protones de los átomos de hidrógeno (que son abundantes en el cuerpo) en la misma dirección. Cuando estos protones se alinean, están listos para ser estimulados por ondas de radiofrecuencia para producir las señales de RM.
Clases de imán:
Imanes superconductores:
Son los más comunes y se utilizan en los equipos modernos. Están hechos de materiales como el niobio-titanio y deben enfriarse a temperaturas cercanas al cero absoluto (−269 °C) utilizando helio líquido para mantener la superconductividad. Producen campos magnéticos de entre 1.5 T y 7 T o más.
Imanes resistivos:
Utilizan corriente eléctrica para generar el campo magnético. Aunque son más baratos, no pueden alcanzar los mismos niveles de campo magnético que los superconductores.
Imanes permanentes:
Generan un campo magnético sin necesidad de corriente eléctrica. Son más limitados en cuanto a la intensidad del campo (generalmente por debajo de 0.3 T) y suelen ser más pesados.
SISTEMA DE GRADIENTES:
Los gradientes generan pequeñas variaciones en la intensidad del campo magnético en diferentes direcciones (ejes X, Y, Z). Estas variaciones permiten identificar la ubicación precisa de los protones excitados en el cuerpo, lo que facilita la creación de imágenes bidimensionales y tridimensionales.
SISTEMA DE RADIOFRECUENCIA:
El sistema de RF emite pulsos de energía que excitan los protones en el cuerpo y también detecta las señales emitidas por ellos cuando vuelven a su estado normal.
Funcionamiento:
Emisión:
El sistema de RF genera pulsos que excitan los protones alineados con el campo magnético. Estos pulsos son enviados a una frecuencia específica, denominada frecuencia de Larmor, que depende de la fuerza del campo magnético y de las propiedades de los núcleos de hidrógeno.
Recepción:
El sistema de radiofrecuencia incluye todos los componentes para transmitir y recibir las ondas de radiofrecuencia involucradas en la excitación de los núcleos, selección de cortes, aplicación de gradientes y en la adquisición de señales
Clases de sistemas de RF:
Transmisores de RF:
Estos generan los pulsos de radiofrecuencia que excitan los protones.
Receptores de RF:
Detectan las señales emitidas por los protones excitados y las envían a un sistema informático para su procesamiento.
ANTENAS:
las antenas o bobinas generan los campos de RF necesarios para excitar los protones en una región específica del cuerpo y luego detectan las señales emitidas. Las señales recogidas son procesadas para generar la imagen de RM.
Clases de antenas o bobinas:
Bobinas transmisoras:
Estas bobinas se encargan de emitir los pulsos de RF. Generalmente, una bobina de cuerpo entero se utiliza para esta función.
Bobinas receptoras:
Se utilizan para recibir las señales de los protones. Pueden ser:
Bobinas de superficie:
Se colocan cerca de la región a escanear (ej., cerebro, rodillas) y ofrecen una alta sensibilidad.
Bobinas de cuerpo:
Se utilizan para cubrir áreas más grandes del cuerpo.
Bobinas específicas:
Estas son diseñadas para áreas anatómicas específicas, como la bobina de cabeza, bobina de columna o bobina de mama, optimizando la calidad de imagen en esas regiones.
Bobinas de fase múltiple
: Permiten captar múltiples señales simultáneamente de diferentes áreas del cuerpo, mejorando tanto la resolución como la velocidad de adquisición de imágenes.
FÍSICA DE LA RM
Propiedades de la materia.
La materia puede responder de distintas maneras a los campos magnéticos según las propiedades magnéticas de sus átomos:
Diamagnetismo:
Es una propiedad de los materiales en los que los electrones se organizan de tal forma que sus pequeños campos magnéticos se cancelan. Estos materiales son débilmente repelidos por un campo magnético. Ejemplos: cobre, agua, tejidos biológicos.
Paramagnetismo:
Los materiales paramagnéticos contienen átomos con electrones desapareados, lo que significa que tienen un momento magnético neto. Estos materiales son débilmente atraídos por los campos magnéticos. En RM, los agentes de contraste basados en gadolinio son paramagnéticos y se utilizan para mejorar las imágenes.
Campos magnéticos y electricidad
En un sistema de RM, los campos magnéticos generados por los imanes actúan sobre los núcleos de hidrógeno del cuerpo, que contienen protones (partículas con carga positiva) que reaccionan al campo magnético
Núcleo atómico. Núcleo de hidrógeno
Compuesto por un solo protón, es fundamental para la RM. El protón tiene un "momento magnético" debido a su carga y a su movimiento de rotación (spin). Al colocarse en un campo magnético externo fuerte, como el que genera el imán del resonador, los protones del cuerpo humano (en su mayoría en las moléculas de agua) se alinean con el campo.
Movimiento de precesión
Cuando los protones están en un campo magnético externo, además de alinearse, empiezan a girar o "precesar" alrededor de la dirección del campo magnético. Este movimiento de precesión es similar al giro de un trompo cuando se inclina. La frecuencia de precesión está determinada por la intensidad del campo magnético aplicado.
Ecuación de Larmor
La frecuencia de precesión de los protones se describe mediante la ecuación de Larmor:
DONDE:
ω₀ es la frecuencia de Larmor (en radianes por segundo)
γ es la razón giromagnética del protón (una constante)
B₀ es la intensidad del campo magnético externo
Esta ecuación es clave porque la frecuencia de Larmor determina la frecuencia de la radiofrecuencia (RF) necesaria para excitar los protones.
Estados energéticos. Protones en paralelo y anti paralelo
En presencia de un campo magnético externo, los protones pueden alinearse en dos estados energéticos.
Paralelo al campo (estado de baja energía):
Más protones tienden a alinearse en esta dirección porque requiere menos energía.
Antiparalelo al campo (estado de alta energía):
Algunos protones se alinean en contra del campo magnético, pero este estado es menos probable.
Magnetización longitudinal
En ausencia de excitación externa, la magnetización neta de los protones está alineada con el campo magnético externo, es decir, en la dirección longitudinal (eje Z del campo). Este estado se conoce como magnetización longitudinal.
Aplicación de pulsos de radiofrecuencia
Cuando se aplica un pulso de RF a la frecuencia de Larmor, los protones absorben esta energía y cambian su estado. El pulso hace que algunos protones cambien de estado paralelo a antiparalelo, reduciendo la magnetización longitudinal y generando un desplazamiento de los protones fuera del eje Z
Magnetización transversal
El pulso de RF también provoca que los protones precesen en fase, es decir, sincronizados entre sí. Esto genera un componente de magnetización en el plano transversal (eje XY). A este estado se le denomina magnetización transversal.
Relajación transversal y relajación longitudinal
Después de que el pulso de RF se apaga, los protones tienden a volver a su estado original, lo que se denomina relajación. Este proceso ocurre en dos etapas:
Relajación longitudinal (T1):
Es el tiempo que tarda la magnetización longitudinal en recuperarse completamente. Este proceso implica la transferencia de energía de los protones excitados hacia su entorno, que se denomina "retorno a la alineación con el campo B₀". Cada tejido tiene un tiempo T1 característico, y este proceso suele tomar más tiempo que la relajación transversal.
Relajación transversal (T2):
Es el tiempo que tarda la magnetización transversal en desaparecer debido a la pérdida de coherencia entre los protones que precesan. Esta pérdida de coherencia se debe a las interacciones entre los protones cercanos, lo que provoca que las fases de precesión se desincronicen. T2 es más corto que T1, y también varía según el tipo de tejido.
