Introducció a la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN)

Freqüència de Precessió d'un Nucli Atòmic

Què és la freqüència de precessió?

Si una partícula elemental (com un fotó) o un nucli atòmic amb un moment magnètic d'espí diferent de zero és sotmès a un camp magnètic extern, s'estableix un moviment de precessió. Aquest moviment és causat per un parell de forces que actuen sobre el dipol magnètic del nucli. El dipol magnètic canvia la seva orientació amb el temps, realitzant un moviment de precessió al voltant de l'eix del camp magnètic extern. Aquesta orientació pot ser a favor o en contra del camp.

Quines partícules precessen sota un camp magnètic extern?

Les partícules que tenen un moment magnètic d'espí diferent de zero, com ara protons i neutrons, començaran a precessar sota l'acció d'un camp magnètic extern.

Què significa RMN?

La Ressonància Magnètica Nuclear (RMN) es defineix com la capacitat que tenen certs nuclis atòmics (amb espí diferent de 0) d'absorbir i alliberar energia electromagnètica a freqüències específiques quan són sotmesos a un camp magnètic extern. Els nuclis afectats són els que tenen espí diferent de zero.

L'absorció i alliberació d'energia es corresponen amb la diferència d'energia entre els diferents alineaments dels nuclis (a favor o en contra del camp). El fotó emès conté informació sobre el teixit. El que canvia és la freqüència a la qual absorbeix energia (freqüència de ressonància del nucli).

Diferència entre RMN i RME

La principal diferència entre la RMN i la Ressonància Magnètica Electrònica (RME) és que la RMN proporciona informació sobre la composició de la matèria, mentre que la RME proporciona informació més detallada sobre els canvis químics. Això és útil per a l'estudi del metabolisme.

Components del Vector de Magnetització Global

El component longitudinal del vector de magnetització global serà la suma dels components longitudinals individuals de cada nucli, mentre que el component transversal s'anul·larà a causa de la distribució aleatòria de les fases de precessió dels nuclis individuals.

Excitació i Relaxació dels Nuclis

Excitació

Durant l'etapa d'excitació, els nuclis d'una zona del teixit estudiat són excitats mitjançant l'aplicació de polsos de radiofreqüència (RF). Aquests polsos ressonen amb els nuclis que precessen a la mateixa freqüència que els fotons de RF. Com a conseqüència de l'absorció d'energia de RF, el component longitudinal del vector de magnetització disminueix i apareix un component transversal no nul.

Relaxació

L'etapa de relaxació es produeix quan cessa el pols de RF. Els nuclis emeten l'energia que havien absorbit, i el vector de magnetització torna a la seva orientació d'equilibri. Aquest procés es caracteritza per dos temps de relaxació: T1 (relaxació longitudinal) i T2 (relaxació transversal).

Factors que Afecten la Senyal de RM

La senyal de RM depèn de tres factors principals:

• Densitat Protònica (DP): mesura del nombre de protons (H) en el vòxel analitzat.
• T1: mesura del temps de relaxació longitudinal. Els teixits amb un T1 curt (com el greix) apareixen més brillants en les imatges ponderades en T1.
• T2: mesura del temps de relaxació transversal. Els teixits amb un T2 llarg (com l'aigua) apareixen més brillants en les imatges ponderades en T2.

Condicions d'una Sala d'Exploració de RM

1. Ha d'estar aïllada de les ones de ràdio mitjançant una gàbia de Faraday.
2. Ha de tenir una senyalització de prohibició d'entrada de material ferromagnètic.
3. S'ha de poder atendre als pacients per tres costats.
4. Ha d'haver-hi comunicació visual entre la sala de control i la sala d'exploració.
5. Ha d'haver-hi una zona de recuperació del pacient.
6. L'equip es refreda amb nitrogen i heli líquid, per la qual cosa calen detectors d'oxigen.

Classificació dels Imans de RM

Els imans de RM es poden classificar segons la seva intensitat, funcionament i material conductor:

Segons la intensitat:

• Baix camp (0.1-0.4 T)
• Alt camp (1-2 T)
• Molt alt camp (>2 T)

Segons el funcionament:

• Permanents (
• Electroimants (>0.3 T)

Segons el material conductor de l'electroimant:

• Resistius
• Superconductors

Avantatges i inconvenients dels diferents tipus d'imants:

Imans permanents:

• Avantatges: barats, no necessiten electricitat ni refrigeració.
• Inconvenients: camp magnètic baix (

Electroimants resistius:

• Avantatges: possibilitat de disseny obert.
• Inconvenients: alt consum d'energia, necessiten un circuit d'aigua per refrigerar.

Electroimants superconductors:

• Avantatges: bona relació senyal/soroll (camp magnètic homogeni).
• Inconvenients: alt consum d'energia, necessiten un circuit d'heli i nitrogen líquid per refrigerar (car de mantenir), disseny tancat, més soroll durant l'adquisició.

Tipus d'Antenes de RM

Les antenes de RM es poden classificar segons la seva funció i forma:

Segons la funció:

• Transmissores: només emeten polsos de RF.
• Transmissores-receptores: emeten polsos de RF i reben la senyal emesa pels nuclis.

Segons la forma:

• Superfície: s'utilitzen per a l'estudi de zones superficials del cos.
• Polarització circular: detecten la senyal en dues direccions ortogonals.

Bobines de Gradient

Les bobines de gradient són bobines que creen camps magnètics addicionals al camp magnètic principal. Aquests camps addicionals generen un gradient en el camp magnètic principal, que serveix per definir els plans i el gruix de tall, així com la localització de les senyals emeses pels nuclis.

S'utilitzen sis bobines de gradient, dues per a cada eix (x, y i z). Els camps magnètics afegits per les bobines de gradient són molt més petits que el camp magnètic principal. La commutació ràpida d'aquests camps genera el soroll característic de la RM.

Passos de l'Exploració de RM

1. Assegurar-se que el pacient no porta objectes metàl·lics i explicar-li l'exploració.
2. Col·locar el pacient a la camilla i seleccionar l'antena adequada.
3. Introduir el pacient a l'equip de RM.
4. Seleccionar la planificació de l'exploració (localització de la zona a estudiar i seqüències d'imatges).
5. Vigilar el pacient durant l'exploració.
6. Enviar les imatges al sistema PACS.
7. Assegurar-se que el pacient es troba bé i pot abandonar la sala.

Perills Associats a la RM i Mesures Preventives

Perills associats al camp magnètic principal:

• Efecte projectil: objectes metàl·lics poden ser atrets per l'imant amb gran força.
• Incompatibilitat amb dispositius mèdics: marcapassos, neuroestimuladors, audiòfons, bombes d'insulina i implants coclears.

Perills associats al camp magnètic de les bobines de gradient:

• Corrents elèctrics induïts: poden causar aturades cardíaques.
• Efectes lluminosos i soroll: poden causar molèsties al pacient.

Perills associats al camp magnètic de polsos de RF:

• Escalfament dels teixits: l'energia de RF es pot transformar en calor.

Perills associats als líquids criogènics:

• Asfixia: l'heli líquid pot desplaçar l'oxigen de l'aire.

Mesures preventives:

• Controlar l'accés a la sala de RM.
• Retirar objectes metàl·lics del pacient i de la sala.
• Utilitzar protecció acústica.
• Monitoritzar la temperatura del pacient.
• Tenir sistemes d'evacuació d'heli i protocols d'emergència.

Selecció del Pla de Tall en RM

El pla de tall en RM es selecciona mitjançant l'aplicació de gradients en el camp magnètic. Per exemple, per obtenir un tall axial, s'aplica un gradient al llarg de l'eix Z. L'ample de banda del pols de RF determina el gruix del tall. Augmentant el gradient i reduint l'ample de banda del pols de RF, s'obtenen talls més fins.

Localització Espacial d'un Vòxel i Transformada de Fourier

La localització espacial d'un vòxel es determina mitjançant l'aplicació de gradients de fase i freqüència. El gradient de fase codifica les files de la matriu d'imatge, mentre que el gradient de freqüència codifica les columnes. La transformada de Fourier s'utilitza per convertir la informació de fase i freqüència en una imatge espacial.

Càlcul del Temps d'Adquisició d'un Tall

El temps d'adquisició d'un tall en una seqüència espín-eco depèn del temps de repetició (TR) i del nombre de repeticions. En aquest cas, amb un TR de 1000 ms i una sola repetició, el temps d'adquisició d'un tall seria de 1000 ms.

Constant Giromagnètica

La constant giromagnètica d'un nucli es pot determinar a partir de la seva freqüència de ressonància i la intensitat del camp magnètic. (Falta la taula per calcular la constant giromagnètica de H=1 i C=13).