El pasado día 8 de Febrero  fallecía uno de los pioneros de la resonancia magnética: Sir Peter Mansfield quien en contra de todas las recomendaciones de seguridad accedió a meterse en una máquina de resonancia en 1978 obteniéndose así las primeras imágenes del cuerpo humano sin uso de rayos X. A este físico galardonado con el Premio Nobel de la fisiología y medicina en el 2003 le debemos un cambio radical en el manejo de las enfermedades y en la visualización de las imágenes en 3D del cuerpo humano.

Sir Peter Mansfield

Todas las técnicas de diagnóstico por imagen se caracterizan en fenómenos físicos que interactúan con nuestro cuerpo a través de los cuales se obtiene una imagen. La ecografía se basa en los ultrasonidos, la radiología y el escáner se basan en los rayos X y la resonancia magnética utiliza las ondas de radiofrecuencia y los campos magnéticos.

La resonancia magnética es quizás la más compleja de entender y la más completa de las técnicas de diagnóstico por imagen. Su conocimiento se remonta a principios del siglo XX. Su descubrimiento por Isidor Rabi fue, como en otras ocasiones, un hallazgo casual. En 1952 Bloch y Purcell recibieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de la espectrometría por Resonancia  Magnética. Una técnica de análisis de moléculas en compuestos químicos complejos ampliamente utilizada hoy en día.

En 1972 Raymond Damadian, un médico estadounidense de origen armenio, creó la primera máquina de imágenes por resonancia magnética en el mundo y presentó la primera patente. A partir de los años 80 se comercializan los primeros equipos y su progresión ha sido imparable.

Espines y protones

espines y protones

Advertencia: el post se complica con explicaciones de física cuántica!

Si pensabas que la resonancia “veía” directamente el interior de tu cuerpo verás que es un proceso mucho más complejo.

atomoEl fenómeno de la imagen por resonancia magnética consiste en obtener una imagen a partir de la energía de nuestros átomos cuando están sometidos a un campo magnético y a unas ondas de radio frecuencia.

Para este propósito se utilizan los protones (H+) dado que son los más frecuentes en nuestro cuerpo por estar presentes en el agua (H2O) y ser ésta el 70% de nuestra composición corporal. Casi todo nuestro cuerpo es agua y grasa. Los protones son partículas que se encuentran en el núcleo del átomo con carga positiva

Actúan como pequeños imanes que pueden orientarse en función de un campo magnético en relación a su espin o momento magnético, una característica propia de las partículas, igual que lo son su masa y su carga. Este es ya un concepto de física cuántica que no se rige por las leyes de la física clásica por lo que  es más  difícil de entender.

 

¿Qué ocurre en el interior de la máquina?

imanEl equipo de resonancia no es más que un espacio con un gran campo magnético que  dispone de unas antenas emisoras y receptoras de ondas de radiofrecuencia.

Cuando sometemos a nuestro cuerpo a ese gran imán nuestros protones se orientan de forma paralela al campo magnético. Imagínate tus protones pasando de un caos a un orden como en un desfile militar

RMdibujo

En relación a su espin unos protones se alinearan en la dirección del campo y otros en sentido contrario.

espin

Si a su vez se envía un pulso de radio frecuencia RF la orientación de esas partículas puede cambiar de forma momentánea y adquirir un nivel energético superior.

magnetic field

Una vez en ese nivel, el protón vuelve a su estado original emitiendo una pequeña cantidad de energía que las antenas de la máquina de resonancia pueden recoger en forma de una señal eléctrica.

proceso RM

En definitiva, se trata de provocar mediante esa radiofrecuencia un cambio de energía en los protones de manera controlada para que estos vuelvan a su posición natural, emitiendo una cierta energía medible y transformable en imágenes.

¿Cómo la máquina de resonancia detecta los protones de una cierta parte del cuerpo que queremos estudiar?

¿Qué sucede cuando lo que queremos es recoger información de un órgano o área concreta de nuestra anatomía y queremos construir una imagen precisa y milimétrica en 3D?, por ejemplo la rodilla. Entonces deberemos actuar sobre los protones de ese punto anatómico y no otro.

Sabemos que la energía de las ondas de radio frecuencia es absorbida por los protones solo en una cierta frecuencia. Es la frecuencia de resonancia de ahí su nombre. Algo así como tu emisora de radio favorita. También sabemos que esa frecuencia varía según el campo magnético sea mayor o menor. Es decir cuando tu emisora favorita la escuchas en Madrid no tiene la misma frecuencia que en Barcelona.

Por tanto, para hacer que los protones absorban esa energía jugaremos con los valores del campo magnético de la máquina y con la frecuencia de manera que la máquina active los protones de una cierta sección del cuerpo.

Provocaremos cambios en el campo magnético del interior de la máquina muy rápidos con diferencias de la magnitud del campo de una parte a otra de la máquina. Para eso tenemos las bobinas de gradientes. Estas son las que permiten excitar a los protones justo donde nos interesa de forma controlada. Estas bobinas al trabajar dentro del campo del imán provocan fuertes vibraciones que son los ruidos que se escuchan dentro de la máquina mientras se adquieren las imágenes. Toc,toc,toc.. ¿Te suena?

how MRI worksLa relajación de los protones puede ser en diferentes ángulos  y cambiando el tiempo de recoger la información obtendremos imágenes de esos ángulos. A esto es lo que llamamos potenciación en T1 o en T2 algo que puedes leer en muchos de los informes de resonancia.

El estudio de resonancia magnética se compone de varias secuencias, es decir que adquirimos grupos de imágenes diferentes en distintas potenciaciones para obtener información diferente y para obtener imágenes en distintos ejes del espacio o incluso podemos adquirir imágenes en un volumen 3D.

Mediante un potente procesador esa información se transforma mediante una fórmula matemática llamada la Transformada de Fourier en una imagen digital que representará no sólo la morfología de nuestra anatomía si no también podemos ver su composición e incluso el comportamiento de las moléculas en los distintos compartimentos corporales. Es decir podemos ver morfología, función e imagen molecular.

imagen RMEsta es una explicación muy simplificada de la técnica. Realmente los fundamentos de esta técnica resultan muy difíciles de entender incluso para los que manejan habitualmente esta tecnología.

En resumen la técnica se basa en campos magnéticos y ondas de radiofrecuencia como las de cualquier emisora de radio con las que estamos acostumbrados a vivir.

Aquí un video explicando todo este proceso.

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