Fundamentos Físicos de la Resonancia Magnética y Electromagnetismo

Aplicaciones de la Espectroscopia y la Imagen por Resonancia Magnética

En las técnicas de espectroscopia de RM, se utiliza la química para aclarar la composición detallada de moléculas muy complicadas, y en física para estudiar el movimiento molecular. Se basa en la absorción de energía de ondas de radiofrecuencia (RF) específicas por los núcleos atómicos inmersos en un campo magnético. El análisis de los picos del espectro de frecuencia informa sobre la estructura molecular; por tanto, la espectroscopia de RM se sigue utilizando ampliamente.

En las técnicas de imagen, la formación de imágenes de RM se basa en la obtención de cortes seccionales del paciente a partir de señales que emiten los núcleos de hidrógeno (H) de su organismo, cuando están sometidos a un campo magnético y son excitados con ondas de radio de una frecuencia determinada.

Magnetismo en el Átomo

Los efectos magnéticos son distintos según afecten a electrones o protones:

• Electrones: Son cargas eléctricas negativas que se mueven alrededor del núcleo describiendo órbitas. Esto se asimila al comportamiento de una corriente eléctrica, lo que ocasiona la aparición de un campo magnético, haciendo que cada órbita se comporte como un imán. En la mayor parte de los átomos, sus campos magnéticos se compensan y el campo local del átomo es nulo (esto ocurre en materiales diamagnéticos, donde la interacción con un campo magnético produce una leve magnetización). En otros, se produce un predominio de una orientación u otra de los electrones y el átomo presenta una magnetización apreciable (materiales paramagnéticos y ferromagnéticos).
• Protones: Su comportamiento es el fundamento de esta técnica de diagnóstico por imagen.

Inducción Electromagnética

La RM es una técnica de imagen que utiliza campos magnéticos y ondas de radiofrecuencia para obtener cortes tomográficos, basándose en el concepto de electromagnetismo.

Si una espira se encuentra en el interior de un campo magnético variable en el tiempo, aparece en ella una corriente eléctrica inducida que cesa al interrumpirse el campo o al dejar de variar. Esta es la base de las leyes de la inducción electromagnética:

• En un conductor sometido a un campo magnético variable, aparece una fuerza electromotriz inducida que crea una corriente eléctrica.
• La fuerza electromotriz inducida tiende a oponerse a la causa que la produce (Ley de Lenz).
• La fuerza electromotriz inducida es proporcional a la variación temporal del flujo magnético que atraviesa la espira.

La inducción electromagnética es fundamental en generadores eléctricos, transformadores y antenas. En equipos de RMN, donde los campos magnéticos son elevados, se producen corrientes eléctricas inducidas en pacientes y personal sanitario que deben ser prevenidas o limitadas.

Teoría del Electromagnetismo

Una carga eléctrica en movimiento crea a su alrededor un campo magnético. La corriente eléctrica consiste en un flujo de electrones en un hilo conductor, produciendo un campo magnético. Un campo magnético variable produce una corriente eléctrica llamada corriente inducida (inducción electromagnética). La relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos se explica mediante la teoría del electromagnetismo.

Materiales Magnéticos

Los campos magnéticos provocan alteraciones en los átomos de los materiales, generando un magnetismo inducido según su configuración electrónica:

• Paramagnetismo: Atraídos por campos magnéticos. Al someterlos a un campo, el campo interno es superior al externo debido a que sus átomos actúan como pequeños imanes que se alinean. Al cesar el campo, los átomos se orientan al azar y el material pierde su magnetismo.
• Diamagnetismo: Al someterlos a un campo, la imantación interna disminuye y el campo dentro de él es menor que el aplicado. Todos los materiales presentan este fenómeno, aunque sea de poca intensidad.
• Ferromagnetismo: Presente en hierro, cobalto, níquel y aleaciones. El campo interno puede multiplicarse hasta 1000 veces respecto al externo. Algunos conservan parte de su magnetismo al cesar el campo externo (imanes permanentes). Depende de la estructura cristalina donde los momentos magnéticos se alinean.

Corriente Eléctrica y Dispositivos

La intensidad del campo magnético (B0) es proporcional a la intensidad de la corriente (I): B0 = K · I. La dirección se determina mediante la regla de la mano derecha.

• Solenoide: Cable enrollado con muchas vueltas que aumenta la magnitud del campo magnético.
• Electroimán: Solenoide con una pieza de hierro en su interior que multiplica la intensidad del campo.

La Ley de Ohm (V = I · R) explica la resistencia eléctrica. En imanes superconductivos, al acercarse al cero absoluto (4K), la resistencia desaparece, permitiendo campos magnéticos altos sin potencia adicional. Los electroimanes resistivos funcionan a temperatura ambiente, consumen mucha potencia, tienen menor homogeneidad y menor relación señal-ruido, pero permiten un diseño abierto y pueden apagarse. Los superconductores ofrecen hasta 3 Tesla, gran homogeneidad y excelente relación señal-ruido, aunque son más costosos y difíciles de apagar.