Principis Físics de la Ressonància Magnètica (RM)

Principis físics de la RM

Una càrrega elèctrica en moviment és un corrent elèctric i s’acompanya d’un camp magnètic mesurat en Tesles (T). El protó o nucli d’hidrogen posseeix tant moment cinètic (ha de tenir moviment) com moment magnètic; els protons es mouen per generar un camp magnètic. El nucli atòmic, en estar format per protons i neutrons, té espín, i el seu valor està en funció del nombre de protons i neutrons que contingui.

Aquests, dins del nucli, tendeixen a aparellar els seus espins, és a dir, a anul·lar el seu espín total, cosa que resulta energèticament favorable. Els nuclis que seran actius des d’un punt de vista magnètic són aquells en què el seu espín resultant és diferent de zero (nombre de protons i neutrons senar), com el Nitrogen (N), Carboni (C), Fluor (F), Sofre (S), Fòsfor (P), Oxigen (O) i Potassi (K).

Camp magnètic i magnetisme

L’àtom d’hidrogen es mou de manera constant girant sobre si mateix. Aquest moviment de gir s’anomena espín o espín nuclear. Per tant, es tracta d’una càrrega elèctrica en moviment que crea un camp magnètic al seu voltant, actuant com un petit imant. Mentre aquest, immers i ancorat en el si d’un teixit biològic, no es veu sotmès a cap força externa, mostra una disposició totalment aleatòria en l’espai apuntant, igual que la resta dels nuclis d’hidrogen (H), i provoca una anul·lació mútua, de manera que el cos material es troba en equilibri electromagnètic amb una càrrega magnètica igual a zero.

Si el camp magnètic extern actua sobre el protó, l’imant petit (protó en moviment d'espín), igual que una agulla imantada, s’alinea amb el camp extern i ho farà en sentit paral·lel al camp magnètic extern. Per tant, tenim tres camps:

1. Camp magnètic de l’imant: El més important, sempre està actiu i la seva intensitat és d'entre 0,1 i 3 T.
2. Camp magnètic de cadascun dels nuclis atòmics d’H (BATM): Està produït pel moviment de rotació nuclear. Es representa per un vector moment magnètic. És un microcamp magnètic que no presenta influència sobre un gran volum per problemes d’anul·lació, però posseeix una importància capital.
3. Camps magnètics intermitents (BGR): Induïts per les bobines de gradient instal·lades al túnel de l’imant. Només s’activen en el moment de l’exploració.

Susceptibilitat magnètica

• 1. Elements ferromagnètics: Són atrets i presenten una susceptibilitat magnètica positiva, fet que distorsiona la línia de camp. Els materials són el ferro, l’acer, el cobalt i el níquel; alguns s’utilitzen per a pròtesis (que generen artefactes negres), vàlvules cardíaques o sutures metàl·liques.
• 2. Elements paramagnètics: Substàncies amb susceptibilitat magnètica positiva que canvien el camp, però poc, com la metahemoglobina, la hemosiderina i els compostos de gadolini.
• 3. Elements diamagnètics: Tenen una susceptibilitat magnètica lleugerament negativa. L’efecte distorsionador que produeixen sobre les línies de força del camp magnètic és irrellevant; són l’aigua, el coure, el bari, l’alumini, el titani, el tungstè, l’or, la plata i el platí.

Moviment de precessió

La posició del vector magnètic de l’espín no estarà exactament de forma paral·lela a les línies del camp, sinó que realitzarà un moviment de gir envoltant la direcció del camp, de tipus cònic, anomenat moviment de precessió. L’angle de precessió està determinat i és de 54,7º. En canvi, la freqüència del moviment de precessió és diferent i característica per a cada nucli atòmic, en funció de la intensitat del camp.

Els protons estaran sotmesos a aquesta freqüència de precessió mentre la persona estigui dins del camp i deixaran de precessar (valor nul) quan la persona estigui fora de l’imant. Com a conseqüència de precessar, els espins passen a un estat energètic òptim per absorbir energia de radiofreqüència (RF); és a dir, si no precessessin, els espins no tindrien la suficient energia per respondre amb un senyal de RM quan són excitats per ones electromagnètiques.

L'equació de Larmor

Els nuclis d’H precessen a una velocitat o freqüència característica en funció del camp magnètic extern; això es troba regulat per l’equació de Larmor: f = γ · B0. A major intensitat, major freqüència de gir, es capta més energia i el senyal és millor. Les variacions de la freqüència de precessió influeixen en el procés d’obtenció d’imatges, ja que l’objectiu és captar senyals per l’antena receptora, i aquest senyal prové d’una gran quantitat de petites partícules que estan precessant a uns girs per segon o Hertz (Hz).

Fenòmens que influeixen en la freqüència de precessió

1. Intensitat de camp: Segons Larmor, a més intensitat de camp, major freqüència. En un aparell de 0,5 T la freqüència és de 21 MHz; en un camp d'1 T, la freqüència és de 42,5 MHz.
2. L’homogeneïtat del camp: Si fos homogeni (sense interferències), hi hauria la mateixa intensitat en tots els punts i la freqüència seria idèntica per a tots els protons. Però és impossible fabricar un imant amb tot el seu camp homogeni; per tant, la freqüència és heterogènia. Per obtenir una bona imatge, els protons han de precessar en fase (tots a la mateixa freqüència) i orientar-se cap al lateral de l’antena receptora. Per aconseguir-ho, hem d'homogeneïtzar el camp; aquesta tasca és fonamental per al tècnic.
3. Interferències recíproques entre els protons: Quan dos pols magnètics amb signe diferent s’apropen, la seva freqüència de precessió disminueix per l’efecte de l’atracció; quan dos pols del mateix signe s’apropen, la seva freqüència augmenta per l’efecte de la repulsió.

Procediments físics per homogeneïtzar el camp magnètic

• Shimming passiu: Es realitza quan l’aparell és instal·lat; els enginyers col·loquen unes petites barres de ferro que envolten l’electroimant.
• Shimming actiu: És la forma més efectiva per homogeneïtzar el camp; s’aconsegueix activant les bobines d’homogeneïtzació de shimming. És un procediment manual o automàtic que es realitza obligatòriament abans de començar qualsevol exploració. Aquestes correccions tenen un efecte transitori que només dura durant l’exploració realitzada a cada persona.
• Homogeneïtzació mitjançant polsos de RF de 180º: No s’ha d’activar cap opció, ja que l’homogeneïtat es produeix de manera automàtica per l’efecte de les ones.